电子缺陷硼酸根调控富缺陷非晶镍钴正极电子结构实现卓越电容储能

为突破镍钴基电极材料在法拉第氧化还原反应中相变与体积膨胀导致的容量衰减难题，研究人员通过理论计算筛选硼酸根阴离子，采用化学还原法合成二维富缺陷非晶镍钴硼酸盐（NCB-G），经电位调控活化（NCB-G-E）后，实现383.3 mA h g?1的高比容量及68.2 Wh kg?1的能量密度。该研究揭示了硼酸根通过调控金属d带中心促进OH?吸附的机制，为高性能电池型储能材料设计提供新思路。

　　

随着石化资源枯竭与环境问题加剧，发展高效电化学储能技术成为全球焦点。超级电容器（SCs）虽具高功率密度和长循环寿命，但其能量密度提升仍是关键挑战。传统镍钴基层状氢氧化物因相变和体积膨胀导致容量衰减，而缓慢的体相电子/离子传输进一步制约反应动力学。中国石油大学（北京）的研究团队通过硼酸根阴离子调控策略，设计出具有缺陷结构的非晶镍钴硼酸盐材料，相关成果发表于《Journal of Energy Chemistry》。

研究采用密度泛函理论（DFT）计算筛选阴离子，结合化学还原法合成二维富缺陷非晶镍钴硼酸盐（NCB-G），并通过电位活化获得NCB-G-E。关键技术包括原位拉曼光谱追踪电子转移、d带中心理论计算分析吸附机制，以及非对称超级电容器组装测试。

Results and discussion
理论计算表明，缺电子硼酸根（B(OH)₄^?）能显著降低OH^?吸附能（-2.03 eV），优于其他阴离子。实验合成的NCB-G-E材料通过原位拉曼证实硼酸根从金属中心夺取电子，促进Ni/Co氧化态转变。DFT分析显示硼酸根吸附使Ni的d带中心上移0.35 eV，增强中间体吸附能力。电化学测试显示其比容量达383.3 mA h g^?1，30 A g^?1下容量保持率65%，组装的器件能量密度达68.2 Wh kg^?1。

Conclusions
该工作揭示了硼酸根通过协同缺陷效应调控金属能带结构的机制：缺电子特性促进金属氧化态转变，优化d带中心增强OH^?吸附，同时加速去质子化过程。石墨烯的引入解决了非晶材料导电性差的瓶颈。研究为设计高活性电池型储能材料提供了阴离子调控的新范式，推动下一代高能量密度储能器件发展。