MnCo2O4/g-C3N4/POAP三元纳米复合材料的电化学制备及其超级电容器电极性能研究

为突破超级电容器（SCs）电极材料能量密度与循环稳定性的瓶颈，研究人员通过绿色水热法合成MnCo2O4纳米棒，结合超声辅助共沉淀构建g-C3N4网络，并电聚合POAP超薄膜层，获得三元纳米复合材料。该材料在1 A g?1电流密度下展现235.3F g?1的高比电容，5000次循环后容量保持率达99.3%，为多组分协同设计高性能SCs电极提供新范式。

　　

随着全球能源需求激增与环境问题加剧，开发高效、可持续的储能技术成为科学界焦点。超级电容器（SCs）因其高功率密度和快速充放电特性备受关注，但其能量密度不足和循环稳定性差仍是瓶颈。传统碳基材料如活性炭虽具有高比表面积，但能量密度有限；过渡金属氧化物（TMOs）虽理论容量高，却面临导电性差和体积膨胀问题。如何通过材料创新实现SCs性能突破，成为研究者亟待解决的难题。

为解决这一挑战，来自喀山大学的研究团队设计了一种新型三元纳米复合材料MnCo₂O₄/g-C₃N₄/POAP（MCO/CN/POAP），通过组分协同效应显著提升SCs电极性能。该研究发表于《Inorganic Chemistry Communications》，证实该材料在1 A g^?1电流密度下比电容达235.3F g^?1，且循环5000次后容量保持率高达99.3%，为高性能SCs开发提供新思路。

研究采用三大关键技术：①水热法合成MnCo₂O₄（MCO）纳米棒；②超声辅助共沉淀将MCO嵌入g-C₃N₄（CN）二维网络；③电化学聚合在电极表面沉积聚邻氨基苯酚（POAP）超薄膜。通过FESEM、XRD和BET表征材料形貌与结构，并采用CV、GCD和EIS评估电化学性能。

结果与讨论
材料表征：FESEM显示CN呈现光滑层状结构，MCO纳米棒均匀分散其中（图1a-c），这种三维互连网络有效抑制团聚。XRD证实MCO尖晶石相与CN典型峰共存（图2），BET测得复合材料具有高比表面积（156.8 m² g^?1）和介孔结构。

电化学性能：CV曲线显示MCO/CN/POAP在2 M KOH电解液中呈现典型赝电容行为（图4）。GCD测试表明其比电容达235.3F g^?1（1 A g^?1），优于单一组分（MCO仅148.6F g^?1）。EIS谱显示POAP层显著降低电荷转移电阻（图5），R_ct值从82.3 Ω降至34.7 Ω。

循环稳定性：5000次GCD循环后容量保持率99.3%（图6），归因于POAP对结构的保护作用。该聚合物层不仅缓冲体积变化，还提供额外活性位点，形成"金属氧化物导电骨架-聚合物保护壳"的协同机制。

结论与意义
该研究创新性地将MCO纳米棒、CN二维材料和POAP导电聚合物整合，构建出具有分级结构的三元纳米复合材料。MCO提供高理论容量，CN增强电子传导并降低成本，POAP则通过超薄膜稳定界面结构。这种设计同时解决了SCs能量密度低和循环寿命短的核心问题，其性能指标超越多数文献报道的同类材料。

该成果的重要意义在于：①证实多组分协同设计可突破单组分材料性能极限；②提出"超声共沉淀-电聚合"的普适性复合策略；③为开发低成本、长寿命SCs电极材料提供明确方向。未来研究可进一步优化组分比例，探索其在柔性器件中的应用潜力。