一步水热法构建NiFe-LDH/FeOOH/GO纳米复合电极及其电化学性能增强机制研究

《Applied Clay Science》：Hydrothermal nanoarchitectonics of NiFe layered double hydroxides/FeOOH/graphene oxide composite electrode for enhancement of electrochemical performance

本文创新性地采用一步水热法在三维泡沫镍基底上原位构建NiFe-LDH/FeOOH/GO复合电极，系统研究了氧化石墨烯（GO）掺杂对材料微观结构和电化学性能的增强作用。实验表明，GO的引入显著提升了电极的比电容（最高达1813.3 F g?1）、倍率性能（10 A g?1下容量保持率62.5%）和循环稳定性（1000次循环后保持69.0%容量），为高性能超级电容器（SC）电极材料设计提供了新策略。

　　

Physicochemical properties（理化性质）

通过XRD分析制备的NiFe-LDH/FeOOH复合材料及其不同质量浓度GO掺杂变体的结构与组成（结果如图2所示）。合成样品的粉末XRD图谱在2θ ≈ 11.37°、23.1°、33.3°、34.24°、38.89°、45.97°、59.75°和61.16°处显示出衍射峰，分别对应NiFe-LDH的（003）、（006）、（101）、（012）、（015）、（018）、（110）和（113）晶面。这些衍射峰与标准NiFe-LDH（JCPDS No. 40-0215）和FeOOH（JCPDS No. 34-1266）的谱图密切匹配，证实了复合材料的成功合成。值得注意的是，随着GO掺杂浓度的增加，NiFe-LDH的衍射峰强度逐渐减弱，表明GO的引入抑制了NiFe-LDH的结晶度。此外，在GO掺杂样品中未观察到GO的特征衍射峰，这可能是因为GO被充分还原且其含量较低，导致其特征峰被NiFe-LDH的强衍射信号掩盖。

Conclusions（结论）

本研究创新性地开发了一种一步水热法，直接在泡沫镍（NF）上原位生长NiFe-LDH/FeOOH/GO纳米复合材料。系统研究了GO对纳米复合材料的形态结构和电化学性能的影响。主要发现表明，GO的引入不仅增加了活性位点数量并增强了电化学稳定性，还有效缩短了离子扩散路径，显著提升了复合电极材料的电化学性能。在0.208 mg mL^?1的最佳GO浓度下，NiFe-LDH/FeOOH/GO复合电极在1、3、5、7和10 A g^?1的电流密度下，比电容分别达到1813.3、1580.7、1416.7、1288.3和1133.8 F g^?1，显著优于未掺杂GO的NiFe-LDH/FeOOH复合材料。在高电流密度性能方面，在10 A g^?1电流密度下，NiFe-LDH/FeOOH/GO复合电极的电容保持率高达62.5%，明显优于NiFe-LDH/FeOOH复合材料的60.1%。在循环稳定性测试中，在3 A g^?1电流密度下，经过1000次充放电循环后，NiFe-LDH/FeOOH/GO复合材料的容量保持率为69.0%，远高于NiFe-LDH/FeOOH材料的22.3%。即使经过5000次循环，虽然其容量保持率下降至25.4%，但仍高于NiFe-LDH/FeOOH材料的14.4%。本研究结果为设计具有高容量和高倍率性能的超级电容器电极材料提供了新思路，并为纳米能源材料的发展做出了重要贡献。