三维花状NiCoZn-LDH/GN纳米复合材料的设计及其高性能超级电容器电极应用

针对NiCo-LDHs导电性差和循环稳定性不足的问题，研究人员通过水热法构建了以小尺寸石墨烯纳米片(GN)为基底、Zn掺杂的三维多孔球形NiCoZn-LDH/GN复合材料。该材料在1 A g?1电流密度下展现2838 F g?1的高比电容，组装的非对称超级电容器能量密度达61.1 Wh kg?1，为高性能LDH基电极设计提供了新思路。

　　

随着全球能源需求激增，开发高效储能技术成为当务之急。超级电容器因其功率密度高、循环寿命长等特点备受关注，但其能量密度低的核心瓶颈制约了实际应用。作为关键组件，电极材料的性能直接决定器件表现。镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDHs)虽具有理论比电容高、层状结构可调等优势，却面临导电性差、循环过程中结构坍塌等挑战。如何通过材料设计同时解决导电性与结构稳定性问题，成为该领域的研究焦点。

福建省自然科学基金资助项目的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds Communications》发表论文，创新性地将小尺寸石墨烯纳米片(GN)与Zn掺杂策略相结合，通过水热法制备出三维花状NiCoZn-LDH/GN复合材料。该研究采用XRD、SEM、电化学测试等技术手段，系统探究了材料的结构特征与性能表现。

材料结构与形貌
水热反应中，GN表面的官能团促进了NiCo-LDH的初始成核，形成均匀分散的花状结构。Zn²⁺的引入使LDH层间距扩大，构建出更开放的三维孔隙体系。电镜显示复合材料中GN作为机械支撑有效防止了LDH片层团聚。

电化学性能
Ni₁Co₂Zn₁-LDH/GN在1 A g^?1电流密度下的比电容达2838 F g^?1，显著高于纯GN(21 F g^?1)和NiCo-LDH(1979 F g^?1)。GN形成的导电网络将电荷转移速率提升3个数量级，而Zn掺杂优化的孔结构使电解液传输阻力降低47%。

器件应用
组装的Ni₁Co₂Zn₁-LDH/GN//AC非对称超级电容器在800 W kg^?1功率密度下实现61.1 Wh kg^?1的能量密度，循环5000次后容量保持率达91.3%。

该研究通过"基底支撑+离子掺杂"的双重策略，同步解决了LDH材料的导电性差和结构不稳定难题。GN的尺寸效应与Zn的电子调控作用产生协同效应，为设计高性能储能材料提供了普适性方法。这种三维纳米结构设计思路可延伸至其他层状材料体系，对推动新一代高能量密度储能器件发展具有重要意义。