铽掺杂MnO2 纳米片@纳米线同质结构的一步水热合成及其高性能超级电容器应用

针对MnO2 电极材料导电性差、结构不稳定等问题，研究人员通过一步水热法成功制备了Tb掺杂的MnO2 纳米片@纳米线同质结构。该材料展现出513.4F g?1 的高比电容和96.5%的循环稳定性，为高性能超级电容器开发提供了新思路。

　　

随着全球能源需求激增和环境问题日益严峻，开发高效、可持续的储能技术成为科学界关注的焦点。超级电容器(Supercapacitor)因其高功率密度、快速充放电和长循环寿命等优势，被视为下一代储能设备的有力竞争者。然而，传统超级电容器电极材料如MnO₂
面临着导电性差、结构不稳定等瓶颈问题，严重制约了其实际应用性能。

在这一背景下，来自中国的研究团队创新性地将稀土元素铽(Tb)引入MnO₂
晶格，通过一步水热法在碳布(CC)基底上构建了独特的纳米片@纳米线同质结构。这种设计不仅解决了传统MnO₂
材料的固有缺陷，还实现了513.4F g^?1
的优异比电容和20.66 Wh kg^?1
的能量密度，相关成果发表在《Applied Surface Science》期刊上。

研究团队主要采用了以下关键技术：水热合成法调控材料形貌、场发射扫描电镜(FESEM)表征微观结构、电化学工作站测试性能指标。通过精确控制Tb(NO₃
)₃
·5H₂
O的添加量，实现了对材料形貌的精准调控。

【材料与合成】
通过优化水热反应条件，成功在CC基底上生长出具有分级孔隙的Tb-MnO₂
同质结构。FESEM显示该结构由相互交织的纳米线和纳米片构成，比表面积达301.42 m²
g^?1
。

【结果与讨论】
电化学测试表明，5% Tb掺杂样品在1 A g^?1
电流密度下展现513.4F g^?1
的比电容，且在32 A g^?1
高电流下仍保持67.5%的容量。对称超级电容器在726.33 W kg^?1
功率密度下实现20.66 Wh kg^?1
的能量密度。

【结论】
该研究证实Tb掺杂能有效扩大MnO₂
层间距，提升电子传导率。独特的同质结构设计为离子传输提供了多维通道，使材料在10,000次循环后仍保持96.5%的容量。这项工作为稀土元素在储能材料中的应用开辟了新途径。