高熵多金属掺氮碳材料用于高效铵离子存储

《Journal of Colloid and Interface Science》：High-entropy multimetallic nitrogen-doped carbon for robust ammonium-ion storage

　　

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摘要

由于氨离子（NH₄⁺）储量丰富、成本低廉且环保，因此被视为下一代水基储能系统中极具潜力的非金属电荷载体。然而，目前尚缺乏合适的电极材料，这限制了其实际应用。在本研究中，我们开发了一种高熵多金属电极材料，该材料将Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素均匀分散在具有导电性的掺氮石墨碳骨架上。这种经过设计的电极可用于制造高性能的对称型NH₄⁺离子超级电容器。多金属掺杂策略显著提升了电活性位点的密度，降低了NH₄⁺的扩散障碍，并增强了结构稳定性。优化后的电极在1 A g^?1的电流密度下能实现836?F?g^?1的高比电容，同时还表现出优异的循环性能：在三电极系统中经过50,000次循环后，仍能保持初始容量的97.2%，库仑效率接近100%。此外，由此制成的对称型电容器在891?W?kg^?1的功率密度下，能量密度可超过53?Wh?kg^?1。密度泛函理论计算表明，多种金属中心之间的协同作用优化了NH₄⁺的吸附过程及电荷分布，从而提升了电化学性能。