通过调节非晶态二氧化锰表面的pH值来提升超级电容器的性能

《Journal of Materials Chemistry A》：Surface pH modulation of amorphous manganese oxide for enhanced supercapacitor performance

锰氧化物通过表面pH调控实现高效超级电容器性能，酸性环境降低表面pH激活电化学活性位点，提升H+和阳离子传输效率，5mV/s扫描下比电容达258.88 F/g，循环稳定性104%，能量密度56.11 Wh/kg。采用原位ATR-SEIRAS和ex situ XPS揭示pH对电子结构和离子动力学影响。表面pH调节策略为储能材料设计提供新思路。

　　

氧化锰作为一种超级电容器电极材料具有很大的潜力，这得益于其较高的理论比电容、成本效益、丰富的氧空位以及可调节的表面特性。当前的研究主要集中在通过引入外部掺杂离子来制造缺陷，以提高氧化锰中电子/离子传输的效率。然而，这种策略也会改变氧化锰的表面电荷，而这一参数往往被忽视。本研究通过在酸性或碱性环境中进行快速的氧化还原反应，有效调节了氧化锰的表面pH值。酸性环境会促进氧化锰表面的脱质子化，从而降低表面pH值；而碱性条件则会提高表面pH值。较低的表面pH值使得氧化锰的伪电容性能显著提升。当扫描速率为5 mV s^?1时，K–AMO材料的比电容达到258.88 F g^?1，并且在10,000次循环后仍能保持99.6%的电容值。K–AMO制备的对称超级电容器在功率密度为1000 W kg^?1时，其峰值能量密度达到了56.11 Wh kg^?1，显示出优异的循环耐久性，具有实际应用的巨大潜力。利用ex situ XPS分析和in situ ATR-SEIRAS技术，阐明了表面pH值对氧化锰电子结构和离子传输动力学的影响。降低表面pH值可以激活更多的电化学活性位点，改善H⁺和阳离子的嵌入/提取反应，从而增强伪电容贡献。本研究通过采用表面pH值调节策略，为基于非晶氧化锰的超级电容器引入了一种新的界面设计方法，并探讨了相反离子和表面化学性质的协同作用，为提高储能材料的性能奠定了基础。