综述：钴基层状双氢氧化物在高性能超级电容器中的应用：制备方法、结构设计与性能优化

（编辑推荐）本综述系统阐述了钴基层状双氢氧化物（Co-based LDHs）作为超级电容器电极材料的优势与挑战。其独特的层状结构、高理论比电容（>2000 F g?1）和可调组分，使其通过表面氧化还原与层间阴离子插层的协同效应实现高效储能。文章重点探讨了水热法、模板法等制备工艺，以及异质结构、核壳结构等设计策略，并指出与碳材料、MXene等复合可构建多维导电网络，解决本征导电性差和循环稳定性不足的问题。未来需聚焦高稳定性核壳异质结设计和低成本规模化制备。

　　

钴基层状双氢氧化物：超级电容器的结构革命与性能突破

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Preparation methods of co-based LDH
钴基层状双氢氧化物（Co-based LDHs）的制备方法直接影响其形貌与电化学性能。水热法（hydrothermal method）通过高温高压环境获得高结晶度材料，但耗时较长；模板法可精准调控花状/球状等特殊形貌，但模板去除步骤复杂；电化学沉积法（electrochemical deposition）能直接在导电基底上生长LDH薄膜，适合电极集成；共沉淀法（coprecipitation）操作简便且适合规模化生产，但产物均一性需精细控制。其中，溶剂热法（solvothermal）通过低温合成减少能耗，而氟掺杂等原子修饰策略可显著提升材料导电性——例如氟掺杂NiCo(OH)₂使器件功率密度突破10.6 kW kg^?1。

Structure and energy storage mechanism of co-based LDHs
Co-based LDHs的储能机制源于层板钴离子的多价态转换（Co²⁺/Co³⁺/Co⁴⁺）与层间阴离子（如OH^?）的可逆插层。其类水滑石层状结构提供约0.3 nm的层间距，为离子扩散提供快速通道。通过构建三维核壳结构（如Ni@CoAl-LDH），导电镍核可加速电子传输，而花瓣状LDH外壳增加活性位点暴露，使比电容提升至792.5 F g^?1，远超纯CoAl-LDH的341.75 F g^?1。空心结构设计则能缓解充放电过程中的体积膨胀问题。

Electrochemical performance of co-based LDH
Co-based LDHs的比电容普遍高于镍基LDH（约2000 F g^?1）和碳材料（<250 F g^?1），但实际性能受限于本征导电性差和循环中结构坍塌。通过生物质衍生碳（如槟榔单宁碳微球）复合的NiCo-LDH@TAC材料，在10 A g^?1电流下电容保持率达82.8%，显著优于纯LDH的53.5%。混合超级电容器（HSC）结合LDH正极与碳负极，能量密度可达67 Wh kg^?1，填补传统超级电容器（<30 Wh kg^?1）与电池间的性能鸿沟。

Composite strategies of co-based LDHs with other materials
多维复合是突破性能瓶颈的关键：① 碳材料（石墨烯、碳纳米管）构建导电骨架，抑制LDH片层堆叠；② MXene的金属级导电性（>6000 S cm^?1）可加速电荷转移；③ 与金属硫化物（如MoS₂）形成异质界面，优化电子结构。例如CoMn-LDH/MXene复合物在20 mA cm^?2下仍保持82%容量，展现卓越倍率性能。导电聚合物（如聚苯胺）的柔性网络则能缓冲LDH体积变化，但需解决其分子降解导致的循环衰减问题。

Conclusions and perspectives
未来研究需聚焦三大方向：① 开发高稳定性核壳异质结，如氮化钴包覆LDH；② 应用原位表征技术解析离子传输动态；③ 发展连续卷对卷（roll-to-roll）制备工艺。通过材料-结构-器件协同优化，Co-based LDHs有望在柔性电子、新能源车辆等领域实现商业化应用。

Future development and challenges
尽管Co-based LDHs在能量密度和成本上优于RuO₂等贵金属氧化物，但钴资源的稀缺性促使研究者开发铁、锰等廉价元素替代方案。此外，如何平衡大规模制备的环保性与性能一致性，仍是产业化的核心挑战。