ZIF-67衍生的CuO/CuCo2O4与Ni2S3/rGO纳米复合材料的创新三元设计及其在高性能非对称超级电容器中的应用

本文推荐一种基于ZIF-67前驱体的新型三元纳米复合材料，通过将CuO/CuCo2O4与Ni2S3和还原氧化石墨烯（rGO）集成，显著提升非对称超级电容器（ASC）的比电容和能量密度。研究采用密度泛函理论（DFT）指导材料设计，实验证实该复合材料在1 A/g电流密度下实现83.7 F/g的高比电容，远超纯MXene（30 F/g），为高性能储能器件开发提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过密度泛函理论（DFT）计算与实验验证相结合，首次将1,5-二氨基-4,8-二羟基蒽醌（DAHAQ）引入MXene体系，在[emim][DCA]离子液体电解质中实现赝电容（pseudocapacitance）显著提升。

Computational details

采用维也纳从头算模拟软件包（VASP）进行DFT计算，交换关联函数选用GGA-PBE近似。几何优化过程中，能量收敛标准设为10^?5 eV，力收敛标准为0.01 eV/?，平面波截断能设置为400 eV。为消除层间相互作用，Z方向设置15 ?真空层。

DFT calculations

图1(a)显示四种蒽醌衍生物的分子轨道能级排列，其中DAHAQ表现出最窄带隙（1.32 eV）和最高活性。通过非共价混合（DAHAQ@MXene）和重氮接枝（DAHAQ-MXene）两种策略与MXene复合，量子电容计算表明二者均能显著提升MXene的电荷存储能力。[emim]离子在不同材料基底上的吸附能计算进一步支持该结论。

Conclusion

理论预测与实验证实：DAHAQ-MXene薄膜在0.5 M [emim][DCA]-ACN电解液中展现83.7 F/g的优异比电容（1 A/g），较纯MXene提升近3倍。该研究证明DFT计算在先进电容器材料设计中具有关键指导价值。