pH调控二维CuS/Cu9 S5 纳米片在泡沫镍上的组装及其高效储能应用研究

研究人员针对超级电容器(SCs)电极材料性能优化问题，通过水热法在泡沫镍(NF)上构建pH调控的二维CuS/Cu9 S5 异质结构。研究发现pH 6.5条件下合成的纳米片具有1781 Fg?1 的高比电容和73%的循环稳定性，其对称器件能量密度达29.16 Whkg?1 ，为高性能储能器件开发提供新策略。

　　

随着全球能源需求激增，开发高效储能设备成为迫切需求。传统电池存在充电慢、功率密度(P_g
)低等问题，而超级电容器(SCs)凭借快速充放电和长循环寿命等优势成为研究热点。其中，铜硫化物(Cu_x
S_y
)因其多价态特性和高理论容量备受关注，但不同化学计量比(CuS/Cu₉
S₅
)对性能的影响机制尚不明确。

为解决这一问题，国内某研究机构通过水热沉积法在泡沫镍(NF)上构建pH调控的二维CuS/Cu₉
S₅
纳米结构。研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，场发射扫描电镜(FE-SEM)观察形貌，高分辨透射电镜(HRTEM)表征微观结构，结合循环伏安法(CV)和恒电流充放电(GCD)测试电化学性能。

3.1 晶体结构与形貌分析
XRD显示pH升高导致CuS衍射峰减弱而Cu₉
S₅
增强，pH 6.5样品呈现32 nm的六方CuS和菱方Cu₉
S₅
混合相。FE-SEM证实pH 6.5条件下形成厚度82.6 nm的无团聚纳米片，其比表面积达6.066 m²
g^?1
。

3.2 反应机理
酸性介质中Cu²⁺
与S^2?
优先形成CuS，而pH升高促进CuS还原为Cu₉
S₅
。柠檬酸通过[Cu(C₆
H₅
O₇
)]^10-
络合物调控二维生长。

3.3 电化学性能
pH 6.5样品在10 mVs^?1
扫描速率下比电容达1781 Fg^?1
，2500次循环后容量保持73.07%。电化学阻抗谱(EIS)显示其弛豫时间常数仅0.5秒，对称器件能量密度(E_g
)达29.16 Whkg^?1
。

该研究揭示了pH通过调控CuS/Cu₉
S₅
比例和形貌影响储能性能的机制。Cu₉
S₅
的高导电性和硫空位促进OH^?
吸附，而二维纳米结构提供丰富活性位点。这项工作为设计高效储能材料提供了新思路，论文发表在《Resources Chemicals and Materials》期刊。