Bi2 O3 /FeS异质结构复合材料的简易合成及其在高性能超级电容器中的卓越储能表现

【编辑推荐】为解决Bi2 O3 电极材料循环稳定性差、导电性弱等问题，研究人员通过水热法合成Bi2 O3 /FeS异质结构复合材料。该材料在1 A g?1 电流密度下展现出390 F g?1 的比电容和590 W kg?1 的功率密度，性能较文献提升2倍以上，且7000次循环后电容保持率达88%。该研究为低成本、高性能超级电容器电极设计提供了新思路。

　　

随着全球对清洁能源需求的增长，超级电容器（SCs）因其高功率密度、快速充放电和长循环寿命等优势，成为储能领域的研究热点。然而，传统电极材料如碳基物质存在毒性高、比电容低等问题，而过渡金属氧化物虽理论容量高，却受限于导电性差和结构不稳定。Bi₂
O₃
因其丰富的氧化还原反应和负电压窗口特性被视为潜力材料，但实际应用仍面临挑战。为此，云南某研究团队通过创新性设计Bi₂
O₃
/FeS异质结构复合材料，成功突破性能瓶颈，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: B》。

研究采用水热法和湿化学法合成Bi₂
O₃
/FeS复合材料，通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和场发射扫描电镜（FE-SEM）表征材料结构，并利用循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）评估电化学性能。

材料表征
XRD分析显示Bi₂
O₃
的引入扩大了FeS晶胞体积，促进离子传输；FE-SEM证实Bi₂
O₃
纳米球锚定于FeS片层结构，形成独特异质界面。

电化学性能
在3:7重量比的Bi₂
O₃
/FeS电极中，CV曲线显示明显的氧化还原峰，表明法拉第反应主导储能机制。GCD测试显示其在1 A g^?1
下比电容达390 F g^?1
，功率密度为590 W kg^?1
，远超纯FeS和Bi₂
O₃
样品。EIS证实复合材料电荷转移电阻显著降低。

循环稳定性
在5 A g^?1
电流密度下循环7000次后，电容保持率高达88%，归因于异质结构缓解了体积膨胀效应。

该研究通过简易合成策略实现了Bi₂
O₃
/FeS复合材料的结构优化与性能协同提升，其创新点包括：利用廉价原料（酸洗铁红）降低成本；异质界面设计加速离子扩散动力学；复合电极兼具高比电容和长循环寿命。这一成果不仅为超级电容器电极材料开发提供新范式，更推动了废弃资源（如工业副产品铁红）的高值化利用，对可持续储能技术发展具有重要意义。