纳米结构NiCo2O4/g-C3N4复合材料的可控制备及其在超级电容器与绿色能源技术中的协同效应研究

本文推荐一种通过水热法合成的NiCo2O4/g-C3N4纳米复合材料，其兼具超级电容器（ASC）和电催化水分解双功能特性。该材料展现203 C/g的高比容量，87.3 Wh/kg的能量密度，并在OER（过电位287 mV）和HER（336 mV）中表现优异，循环稳定性达95.04%（10,000次），为绿色能源存储与转化提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究揭示了多孔纳米结构NiCo₂O₄/g-C₃N₄的双重功能：作为超级电容器电极时展现203 C/g的比容量和87.3 Wh/kg的能量密度；作为电催化剂时，其OER性能（过电位η=287 mV，塔菲尔斜率121 mV/dec）和HER活性（η=336 mV，塔菲尔斜率93 mV/dec）均优于同类材料，且循环10,000次后容量保持率达95.04%。

Structural, Morphological, and Surface Analyses

XRD图谱（图1a）显示NiCo₂O₄纳米片在2θ=16.8°-84.4°处出现典型晶面衍射峰，证实其尖晶石结构。SEM显示g-C₃N₄纳米片为NiCo₂O₄纳米球提供导电网络，BET测试表明复合材料的比表面积显著增加，为电化学反应提供更多活性位点。

Battery-Supercapacitor Graded Analysis in Three-Electrode Setup

电化学阻抗谱（EIS）显示NiCo₂O₄/g-C₃N₄的电荷转移电阻（R_ct）最低，表明其优异的电荷传输动力学。CV曲线中的氧化还原峰和GCD的电压平台证实其电池型储能机制（b值≈0.5），区别于传统超级电容器的表面控速行为。

Oxygen Evolution Reaction (OER)

在2 M KOH中，NiCo₂O₄/g-C₃N₄的OER过电位比商用IrO₂低50 mV，塔菲尔斜率（121 mV/dec）表明其更快的反应动力学。原位拉曼显示反应中形成的CoOOH和NiOOH是活性物种。

Conclusion

NiCo₂O₄/g-C₃N₄通过g-C₃N₄的导电网络和NiCo₂O₄的多价态协同效应，实现了储能与催化性能的突破，为下一代绿色能源器件设计提供新思路。