碳纳米纤维负载钨酸铈复合材料的制备及其在高性能非对称超级电容器中的应用

针对能源存储领域导电性差和循环稳定性不足的难题，印度Bishop Heber College团队通过探针超声法成功制备Ce2(WO4)3@CNF复合材料。该材料展现出526 F/g的比电容和30.1 Wh/kg的能量密度，其协同效应为高性能超级电容器电极设计提供新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，开发高效储能器件成为科研热点。超级电容器（SCs）因其高功率密度和长循环寿命备受关注，但低能量密度始终是瓶颈。传统电极材料如CeO₂虽具有可变价态（Ce³⁺/Ce⁴⁺），却受限于导电性差；而碳纳米纤维（CNF）虽能提供导电网络，单独使用时容量有限。如何通过材料复合实现性能突破，成为该领域的关键科学问题。

印度Bishop Heber College的Sivanantham Dhineshkumar团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表研究，创新性地采用探针超声法将Ce₂(WO₄)₃与CNF复合，通过系统表征和电化学测试证明该材料可同时提升导电性与比容量。

关键技术方法
研究通过溶液化学法合成Ce₂(WO₄)₃前驱体，利用探针超声实现与CNF的均匀复合。采用X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）确认晶体结构与元素价态，扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察形貌特征，电化学工作站测试比电容和循环稳定性。

研究结果

1. 结构分析：XRD显示复合后Ce₂(WO₄)₃晶面（-110）、（002）等特征峰保留，CNF的（002）石墨峰证明其结构完整性。XPS证实Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对的存在。
2. 形貌特征：TEM显示Ce₂(WO₄)₃纳米颗粒均匀锚定在CNF表面，形成三维导电网络。
3. 电化学性能：在1 A/g电流密度下获得526 F/g的比电容，组装的Ce₂(WO₄)₃@CNF//AC非对称器件能量密度达30.1 Wh/kg，优于同类材料如CoWO₄/MWCNT（543 F/g）。

结论与意义
该研究通过精准调控复合材料界面，证实CNF的引入可显著提升Ce₂(WO₄)₃的电荷传输效率，其协同效应使比电容较单一组分提高近50%。这一成果不仅为二元金属钨酸盐在储能领域的应用提供新范式，更通过简易的超声复合工艺推动产业化可能，对发展下一代高能量密度超级电容器具有重要指导价值。