Zr-Ni-Co@ZIF-67纳米复合材料电化学性能调控及其在超级电容器中的应用研究

本研究针对超级电容器(SCs)能量密度不足的瓶颈问题，通过共沉淀-热解法构建Zr-Ni-Co@ZIF-67三元纳米复合材料。优化金属前驱体与ZIF-67摩尔比(2:1)的Z-3样品展现出391 F/g比电容(Cs)和28 Wh/kg能量密度，其低电荷转移阻抗(0.37 Ω)和全电池220 F/g的稳定性能，为多金属MOF电极设计提供新策略。

　　

随着新能源汽车和可再生能源系统的快速发展，储能器件正面临前所未有的性能挑战。超级电容器(SCs)因其高功率密度和超长循环寿命成为研究热点，但较低的能量密度始终制约其广泛应用。传统金属有机框架(MOFs)虽具有高比表面积和可调孔隙，却受限于本征导电性差的问题。如何通过材料设计突破这一"导电性-稳定性"的平衡难题，成为当前储能材料领域的关键科学问题。

管理技术大学的研究团队创新性地将具有结构稳定性的锆(Zr)与高活性镍钴(Ni-Co)结合，以ZIF-67为模板，通过精确调控金属前驱体比例(1:1,1:2,2:1)，构建了系列Zr-Ni-Co@ZIF-67纳米复合材料。研究采用X射线衍射(XRD)和电子显微镜确认晶体结构，通过循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)系统评估电化学性能。

Results and discussion部分揭示：XRD证实Z-3(2:1)样品形成最完整晶体结构，扫描电镜显示其均匀多孔形貌。电化学测试中Z-3展现最优性能，在1 A/g电流密度下比电容达391 F/g，较Z-1(142 F/g)提升175%。EIS分析表明其电荷转移阻抗(R_ct)低至0.37 Ω，归因于Zr引入形成的导电网络。非对称全电池(Z-3//AC)测试中，材料保持220 F/g比电容且循环稳定性优异。

Conclusions指出：该研究通过Zr-Ni-Co三元协同效应，实现了导电性与氧化还原活性的平衡优化。Zr的掺入不仅增强骨架稳定性，还构建了快速离子传输通道；Ni/Co双金属则提供丰富氧化还原位点。这种多金属MOF设计策略为开发高能量密度SCs电极材料开辟了新途径，研究成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

值得注意的是，团队在材料制备中创新采用梯度热解法，使金属离子在ZIF骨架中实现原子级分散。与文献报道的NiCoMn-OH复合材料(827 C/g)和NiCo-LDH(2369 F/g)相比，本研究材料在能量密度(28 Wh/kg)与功率密度的平衡上更具优势。正如Deyab等学者强调的，金属比例调控对性能具有决定性影响，本研究通过精确控制Zr含量，成功解决了传统双金属MOFs循环稳定性不足的问题。这些发现为下一代储能器件的电极设计提供了重要理论依据和实践指导。