核壳结构锰钴氧化物@镍钼层状双氢氧化物复合材料的超电容电极性能研究及其界面电子重构机制

为解决传统超级电容器电极材料比容量低、活性位点利用率不足的问题，研究人员通过水热-煅烧法构建了MnCo2O4@NiMo-LDH核壳复合材料。该材料在1 A g?1电流密度下实现1009 F g?1的高比电容，组装的非对称超级电容器能量密度达43.2 Wh kg?1，并通过密度泛函理论(DFT)揭示了界面电子重构对反应动力学的增强机制，为高性能储能器件开发提供了新策略。

　　

能源危机与环境恶化正成为全球可持续发展的双重挑战。随着工业化进程加速，开发高效清洁的储能技术迫在眉睫。超级电容器(ultracapacitor)因其快速充放电特性备受关注，但传统电极材料存在比容量低、循环稳定性差等瓶颈。特别是锰钴氧化物(MnCo₂O₄)虽具有3620 F g^?1的理论比电容，实际性能却远未达标；而层状双氢氧化物(LDH)虽能提供丰富活性位点，却易发生结构坍塌。如何通过材料设计协同提升导电性与电化学活性，成为该领域的关键科学问题。

广西自然科学基金支持的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，创新性地将MnCo₂O₄与镍钼层状双氢氧化物(NiMo-LDH)结合，构建核壳结构复合材料。通过水热-煅烧两步法合成MnCo₂O₄@NiMo-LDH纳米花，利用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征结构，通过电化学测试评估性能，并结合密度泛函理论(DFT)计算阐明界面作用机制。

合成与结构分析
通过溶剂热法先制备Mn-Co-甘油酯前驱体，经450°C煅烧获得MnCo₂O₄核，再通过镍钼摩尔比1:1的水热反应在表面生长NiMo-LDH壳层。电镜显示核壳结构有效防止了LDH纳米片团聚，比表面积达187 m² g^?1。

电化学性能
在三电极体系中，复合材料在1 A g^?1电流密度下比电容达1009 F g^?1，优于单一组分。组装的MnCo₂O₄@NiMo-LDH//AC非对称超级电容器(ASC)在815.8 W kg^?1功率密度下实现43.2 Wh kg^?1能量密度，5000次循环后容量保持率71%。

DFT计算
理论计算发现MnCo₂O₄与NiMo-LDH界面存在电子转移，导带底位置下移0.38 eV，显著提升电荷传输速率。差分电荷密度图证实界面处形成电子积累区，优化了氧化还原反应路径。

该研究通过精准设计核壳结构，实现了金属氧化物导电性与LDH高比容量的优势互补。DFT计算首次从电子层面揭示了异质界面增强机制，为新型电极材料开发提供了理论指导。所制备材料的环境友好特性与规模化合成潜力，对推动超级电容器产业化具有重要价值。