多价态金属氧化物-石墨烯复合材料的原子级协同效应助力超高性能超级电容器

这篇研究通过低温水热法一步合成Co3O4-Fe2O3-NiO/石墨烯三元复合材料（CFN@GSs），其独特的原子级协同作用实现了1.04 kF g?1的超高比电容和92%的5000次循环稳定性。Operando XAS证实了Co2+/Co3+可逆氧化还原，结合石墨烯导电网络，为高能量密度（107 Wh kg?1）和功率密度（6 kW kg?1）的超级电容器（SCs）提供了新范式。

　　

Highlight

本研究通过单步水热法设计出锚定在石墨烯片上的Co₃O₄-Fe₂O₃-NiO纳米簇（CFN@GSs），其多价态氧化还原协同效应（Co²⁺/Co³⁺、Fe³⁺/Fe²⁺和Ni²⁺/Ni³⁺）与石墨烯导电骨架结合，创造了超高比电容（1040 F g^?1）和92%的循环保持率。

Structural and phase analysis

XRD显示CFN@GSs具有γ-Fe₂O₃的典型衍射峰（2θ≈35.5°），而拉曼光谱中1340 cm^?1（D带）和1580 cm^?1（G带）证实了石墨烯的缺陷和sp²杂化结构。

Conclusions

CFN@GSs在非对称超级电容器（ASC）中展现出107 Wh kg^?1的能量密度，其多金属氧化还原中心和石墨烯支撑结构为下一代高功率储能器件提供了原子级设计蓝图。