可调控CoFe2O4/NiO纳米复合材料的电化学储能性能优化研究

为解决高性能储能材料的结构-性能调控难题，研究人员通过溶胶-凝胶自燃烧法成功制备(1-x)CoFe2O4/(x)NiO纳米复合材料，发现50%配比(C5N5)样品具有202.84F/g比电容和78.21%循环稳定性，其多孔结构和磁电协同效应为新一代储能器件开发提供新思路。

　　

随着全球能源结构转型加速，开发兼具高能量密度和快速充放电特性的储能材料成为研究热点。超级电容器(SCs)因其功率密度高、循环寿命长等优势备受关注，但电极材料的电荷存储能力与结构稳定性仍是制约其发展的关键瓶颈。传统过渡金属氧化物如钴铁氧体(CoFe₂O₄, CFO)虽具有优异的磁学性能，但其电化学活性不足；而氧化镍(NiO)虽展现高比电容，却存在导电性差的问题。如何通过纳米结构设计实现材料性能的协同增强，成为当前储能材料研究的核心挑战。

针对这一科学问题，国内研究人员通过改进的溶胶-凝胶自燃烧法，制备了系列(1-x)CFO/(x)NiO纳米复合材料（x=0.00-1.00），系统研究了组分调控对材料结构-性能关系的影响。研究采用高分辨X射线衍射(HR-XRD)确认晶体结构，场发射扫描电镜(FESEM)观察形貌，比表面积分析(BET)测定孔隙特征，并通过电化学工作站评估储能性能。

XRD研究
衍射图谱显示所有样品均形成立方相结构，纯NiO在37.2°、43.6°等位置呈现典型FCC相特征，而CFO/NiO复合材料中两相衍射峰共存且无杂质峰，证实成功构建纳米复合体系。晶粒尺寸计算表明所有样品均在20-30 nm范围，有利于增加活性位点。

形貌与成分分析
FESEM显示材料具有多孔结构，能量色散X射线光谱(EDX)证实Fe、Co、Ni、O元素均匀分布。特别值得注意的是，等摩尔比的C5N5样品展现出最高比表面积（BET测定），这为其优异的电化学性能奠定结构基础。

电磁性能调控
介电测试发现NiO含量增加会显著提升复合材料的介电常数，x=0.50的C5N5样品介电损耗最低，适合高频应用。磁性测量显示随着NiO掺杂量增加，材料从CFO的亚铁磁性逐渐转变为NiO的反铁磁性行为，证实组分可有效调控磁学特性。

电化学储能表现
恒流充放电测试表明，C5N5在1 A/g电流密度下实现202.84F/g的比电容，5000次循环后容量保持率达78.21%。这种卓越性能源于NiO的高电容特性与CFO结构稳定性的协同作用，以及纳米复合带来的高导电性和离子传输效率。

该研究通过精准调控CFO/NiO纳米复合材料组分比例，成功实现了材料磁电性能与储能特性的协同优化。C5N5样品展现的高比电容和循环稳定性，证实其在超级电容器电极材料中的应用潜力。更重要的是，该工作为设计多功能纳米复合材料提供了新思路：通过控制纳米尺度界面相互作用，可同时兼顾材料的磁响应性和电化学活性。这种策略不仅适用于储能领域，对开发高频电子器件中的多功能材料也具有重要借鉴意义。论文发表于《Materials Science and Engineering: B》，为下一代储能器件的电极材料设计提供了重要实验依据。