CuO-Cr2O3异质结构喷雾热解法制备及其在高性能对称超级电容器中的协同效应研究

本研究针对传统超级电容器材料能量密度不足的问题，通过喷雾热解法构建CuO-Cr2O3异质结构，显著提升电极材料的比电容和循环稳定性。实验证实该材料在2 A/g电流密度下比电容达1120 F/g，5000次循环后容量保持率超90%，为高性能储能器件开发提供新策略。

　　

在能源存储领域，超级电容器因其快速充放电特性备受关注，但能量密度低始终是制约其发展的瓶颈。传统过渡金属氧化物虽理论容量高，却面临导电性差、体积膨胀等问题。如何通过材料设计同时实现高容量和长循环寿命，成为研究者亟待破解的难题。

研究人员创新性地采用喷雾热解法（Spray Pyrolysis）构建CuO-Cr₂O₃异质结构，通过精确调控金属盐前驱体比例和热解温度，成功制备出具有分级多孔特征的纳米复合材料。该研究通过X射线衍射（XRD）证实了CuO（氧化铜）与Cr₂O₃（三氧化二铬）的晶相共存，扫描电镜（SEM）显示材料呈现独特的核壳结构，比表面积经BET测试达235 m²/g。

材料表征
同步辐射X射线吸收精细结构谱（XAFS）揭示异质界面存在Cu-O-Cr键合，密度泛函理论（DFT）计算表明该界面可降低锂离子扩散能垒至0.32 eV。

电化学性能
在三电极体系中，材料在1 M KOH电解液中展现双电层和赝电容协同储能机制：0.5 A/g电流密度下比电容达1450 F/g，2 A/g时仍保持1120 F/g。组装的对称超级电容器在功率密度8 kW/kg时，能量密度突破48 Wh/kg，优于多数报道的过渡金属氧化物体系。

循环稳定性
得益于Cr₂O₃的骨架支撑作用，材料在5000次充放电后容量保持率达92%，库伦效率始终高于99%。原位XRD证实循环过程中CuO晶格应变被异质界面有效缓冲。

该研究通过界面工程策略实现了材料机械强度与导电性的协同提升，为开发新一代高能量密度储能器件提供了理论依据和实践方案。论文创新性地将喷雾热解法应用于异质结构制备，相比传统水热法可将生产效率提高5倍，具有显著的产业化应用前景。研究结果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，被审稿人评价为"解决了超级电容器材料领域的关键科学问题"。