共价三嗪框架修饰钛酸锶@氧化锌纳米复合材料在高效析氢反应与超级电容电池中的协同增强效应

【编辑推荐】本研究通过水热法合成CTF/SrTiO3@ZnO纳米复合材料，解决了传统电极材料在析氢反应(HER)和超级电容电池中能量密度(Ed)低、电荷传输效率不足的问题。该材料展现出55.23 mV dec?1的Tafel斜率和290C g?1的比容量，为下一代能源存储与转换技术提供了高性能解决方案。

　　

随着化石燃料的枯竭，开发高效、可持续的能源存储与转换技术成为全球科研热点。水电解制氢(HER)和超级电容电池(SCs)因其环境友好特性备受关注，但贵金属催化剂的高成本和过渡金属氧化物的低导电性严重制约其应用。Princess Nourah bint Abdulrahman大学的研究团队创新性地将共价三嗪框架(CTF)、钛酸锶(SrTiO₃)和氧化锌(ZnO)复合，通过水热法合成CTF/SrTiO₃@ZnO纳米材料，在《Inorganic Chemistry Communications》发表的研究中实现了136 mV的低过电位和1120 W/kg的功率密度(P_d)，突破了传统材料的性能瓶颈。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行材料表征，通过三电极体系在3.0 M KOH电解液中评估电化学性能，结合循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法系统分析材料特性。

【材料结构分析】XRD显示CTF在12.7°和25.6°出现特征峰，ZnO的(101)晶面衍射峰证实成功复合。SEM显示三维多孔结构，比表面积达427 m²/g，为电荷存储提供丰富活性位点。

【HER性能】复合材料的Volmer-Heyrovsky反应机制表现出55.23 mV dec^?1的Tafel斜率，低于纯SrTiO₃(98.5 mV dec^?1)，证明ZnO掺杂显著提升质子吸附能力。

【超级电容电池性能】CTF/SrTiO₃@ZnO//AC器件在1 A/g电流密度下实现1178C/g的比容量，能量密度(E_d)达80 Wh/kg，5000次循环后容量保持率89%，远超商业活性炭电极。

该研究通过CTF的氮富集框架、SrTiO₃的钙钛矿稳定性和ZnO的半导体特性协同作用，构建了高效的异质结电荷传输通道。CTF的π共轭体系提升电子传导，SrTiO₃的宽电位窗口抑制副反应，而ZnO的氧空位作为活性中心促进OH^?吸附。这种多组分策略为设计兼具高E_d和P_d的电极材料提供了新思路，推动氢能源经济与电网级储能技术的发展。