生物质衍生碳木负载分级结构UiO-67/DyCo2O4/rGO复合材料用于混合超级电容器与氧还原反应

《Inorganic Chemistry Communications》：Hierarchical UiO-67/DyCo?O?/rGO composite on biomass-derived carbon wood for battery-supercapacitor hybrid devices and oxygen reduction reaction

本综述报道了一种基于生物质碳木（CWS）负载UiO-67/DyCo2O4/rGO的分级复合材料的创新研究。该材料在混合超级电容器（Supercapattery）中展现出卓越的比容量（Qs, 1343.4 C g?1）、比电容（Cs, 2143 F g?1）、能量密度（ED, 85.46 Wh kg?1）和功率密度（PD, 2323.5 W kg?1），并具有优异的循环稳定性（10,000次GCD循环后仍保持稳定）及氧还原反应（ORR）活性（四电子路径，电子转移数~4.5），为高性能能源存储与转换器件提供了新策略。

　　

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Materials

合成S3复合材料所需的化学品购自多个渠道。四氯化锆（ZrCl₄）、4,4′-联苯二甲酸（BPDC）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、五水合硝酸镝（Dy(NO₃)₃·5H₂O）、六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、尿素（CO(NH₂)₂）、去离子水（DIW）由Sigma Aldrich供应。氢氧化钠（NaOH）和木材采购自中国电商平台淘宝。碳黑、盐酸（HCl）等也用于实验。

Compositional and morphological analysis

采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）来探究材料的结晶度和表面形貌。图2(b)展示了S1、S2和S3的XRD图谱。在2θ = 7°、9°、10°、11°处的衍射峰，对应晶面（102）、（003）、（201）、（210），表明S1（UiO-67）的存在，与ICDD标准卡片（PDF # 4512073）吻合。在2θ = 20°、29°、31°、33°、35°、41°、43°、47°、55°、56°、59°、64° 和 78° 处的衍射峰，对应晶面（211）、（222）、（101）、（400）、（411）、（111）、（134）、（440）、（006）、（048）、（103）等，则揭示了DyCo₂O₄的典型尖晶石结构。

Conclusion

本研究通过水热法成功合成了S3（UiO-67/DyCo₂O₄/rGO@CWS）复合材料。为了提升S2材料的电化学性能，我们通过物理混合法引入了还原氧化石墨烯（rGO）。利用XRD和SEM分别研究了材料的结构和形貌。rGO的加入有效增强了材料的表面电荷面积和导电性。此外，还进行了BET比表面积测试和电化学阻抗谱（EIS）分析以评估表面电荷密度。通过三电极和两电极系统测试了材料的电化学性能。