三维珊瑚状Co3 O4 @CoMoO4 复合材料的制备及其在高性能超级电容器中的应用研究

为突破过渡金属氧化物在超级电容器中能量密度与循环稳定性的瓶颈，研究人员通过水热法成功构建了具有氧空位、介孔和缺陷位点的三维珊瑚状Co3 O4 @CoMoO4 复合材料。该材料在1 A g?1 电流密度下展现出2370.8 F g?1 的超高比电容，组装的非对称超级电容器能量密度达43.75 W h kg?1 ，循环5000次后容量保持率92.19%，为高功率长寿命储能器件设计提供了新思路。

　　

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论文解读

在全球能源危机与温室效应加剧的背景下，开发高效电化学储能系统成为当务之急。超级电容器（Supercapacitors）因其快速充放电、长循环寿命等优势备受关注，但其能量密度远低于锂离子电池，成为制约其应用的阿喀琉斯之踵。过渡金属氧化物（TMOs）虽具有高理论比电容，但传统制备方法中粘结剂的使用会增大电极阻抗，而单一材料往往难以兼顾导电性与结构稳定性。如何通过材料设计同时提升能量密度与循环性能，成为该领域的关键科学问题。

针对这一挑战，来自贵州理工学院的研究团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表研究成果，提出了一种三维珊瑚状Co₃
O₄
@CoMoO₄
分层结构的创新设计。该研究采用无粘结剂的两步水热法，直接在泡沫镍基底上生长材料，通过调控浓度、反应时间等参数，构建出具有丰富氧空位和介孔的特殊形貌。这种结构不仅缩短了离子/电子传输路径，还暴露了大量活性位点，最终使材料在1 A g^?1
电流密度下获得2370.8 F g^?1
的惊人比电容，远超同类材料。

关键技术方法
研究团队通过水热合成（Hydrothermal synthesis）在泡沫镍基底上直接生长Co₃
O₄
纳米片前驱体，再通过二次水热反应引入CoMoO₄
形成珊瑚状异质结构。采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征材料晶体结构与形貌，X射线光电子能谱（XPS）分析元素价态，并通过三电极体系测试电化学性能。

研究结果

1. 材料合成与表征
   XRD证实所得材料为纯相Co₃
   O₄
   （JCPDS No.42-1467）与CoMoO₄
   （JCPDS No.25-1434）的复合物。SEM显示材料呈现独特的层状交错结构，比表面积达187.6 m²
   g^?1
   ，为离子传输提供了丰富通道。

2. 电化学性能
   在三电极体系中，复合材料在1 A g^?1
   下的比电容达2370.8 F g^?1
   ，10 A g^?1
   高倍率下仍保持1115.9 F g^?1
   。组装的Co₃
   O₄
   @CoMoO₄
   //AC非对称超级电容器能量密度达43.75 W h kg^?1
   （功率密度700 W kg^?1
   ），5000次循环后容量保持率92.19%，显著优于文献报道的NiO@AC（364.13 F g^?1
   ）等体系。

结论与意义
该研究通过巧妙的界面工程构建三维珊瑚状异质结构，解决了过渡金属氧化物导电性差、活性位点不足等核心问题。材料中Co²⁺
/Co³⁺
与Mo⁶⁺
的多价态协同作用稳定了氧化还原反应，氧空位则显著提升了电荷传输效率。这种绿色合成策略避免了有机粘结剂的使用，为开发高能量密度、长寿命储能器件提供了普适性设计思路，对推动超级电容器在智能电网、新能源汽车等领域的应用具有重要价值。