基于桑椹状立方框架的Cu2O@NiCo-LDH/MXene复合电极材料构建及其在不对称超级电容器中的电化学性能增强研究

为解决超级电容器能量密度低、循环稳定性差等问题，吉林大学团队通过牺牲模板法和静电自组装策略，成功合成具有桑椹状立方结构的Cu2O@NiCo-LDH/MXene复合电极材料。该材料在1 A·g?1下展现1713F·g?1的高比电容，5000次循环后容量保持率达80%，组装的ASC器件能量密度提升至49.5 Wh·kg?1，为高性能储能器件设计提供了新思路。

　　

在能源存储领域，超级电容器因其超高功率密度和秒级充放电特性备受瞩目，但能量密度不足的“阿喀琉斯之踵”始终制约其大规模应用。传统镍钴双金属氢氧化物（NiCo-LDH）虽具有丰富的氧化还原活性位点，却面临颗粒团聚、形貌不可控等问题。更棘手的是，空心结构材料在循环过程中易坍塌，导致活性位点流失。如何通过材料设计同时提升比电容和循环稳定性，成为突破技术瓶颈的关键。

吉林大学的研究团队独辟蹊径，从自然界桑椹的层级结构获得灵感，在《Applied Surface Science》发表研究，提出将立方Cu₂O模板的几何优势、NiCo-LDH的氧化还原特性与MXene的导电性相结合的策略。通过室温化学还原法制备500 nm级Cu₂O立方模板，利用配位刻蚀形成超薄LDH片层，再通过MXene表面端基（–OH/?O）的静电吸附构建三维导电网络。这种“立方骨架+桑椹层级”的独特结构，既保留了Cu₂O残余模板的氧化还原活性（贡献额外电容），又通过MXene桥接实现了电子高速传输。

关键技术方法
研究采用三步法：1）室温化学还原合成Cu₂O立方模板；2）配位刻蚀法在模板表面生长NiCo-LDH纳米片；3）静电自组装引入单层MXene。电化学测试采用三电极体系，以6 M KOH为电解液，通过CV、GCD和EIS评估性能。

研究结果

1. 形貌调控：SEM显示Cu₂O@NCL/M保持完整立方框架，表面NiCo-LDH呈交叉堆叠的桑椹状片层，MXene像“导电胶水”填充间隙。XPS证实Cu⁺/Cu²⁺氧化还原对的存在。
2. 电化学性能：在1 A·g^?1电流密度下，比电容达1713F·g^?1，10 A·g^?1时容量保持率82.3%。5000次循环后容量保持80%，远优于纯LDH（67%）。
3. 器件性能：组装的Cu₂O@NCL/M//AC不对称超级电容器，在添加K₃[Fe(CN)₆]的电解液中能量密度达49.5 Wh·kg^?1（750 W·kg^?1）。

结论与意义
该研究通过“几何限域+界面工程”双策略，首次实现Cu₂O模板残余活性与MXene导电网络的协同增效。立方框架的对称性抑制了结构变形，而MXene的引入不仅加速电荷转移，还通过界面相互作用稳定了三相界面。这种设计理念为开发兼具高能量密度和长循环寿命的储能材料提供了普适性方案，尤其对电动汽车启停系统等需要快速充放电的场景具有重要应用价值。