《Materials Science and Engineering: B》：Influence of solvent-mediated morphology evolution on the electrochemical performance of nickel cobalt oxide nanoparticles for supercapacitor applications
编辑推荐：
•溶剂极性控制了水热法制备的NiCo2O4纳米结构的形貌。•水基NiCo2O4表现出高比表面积的中孔结构。•结构分析证实了纯相晶体尖晶石NiCo2O4的生成。•NiCo2O4-Wt在1 A g?1的电流密度下提供了182.30 F g?1的比电容，并具有良好的倍率性能。•电极
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溶剂极性控制了水热法制备的NiCo2O4纳米结构的形貌。
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水基NiCo2O4表现出高比表面积的中孔结构。
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结构分析证实了纯相晶体尖晶石NiCo2O4的生成。
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NiCo2O4-Wt在1 A g?1的电流密度下提供了182.30 F g?1的比电容，并具有良好的倍率性能。
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电极在5000次充放电循环后仍保留了86.32%的电容。
引言
技术的快速发展，尤其是在消费电子领域，推动了对可靠且高效的储能解决方案的需求。超级电容器、燃料电池和电池等电化学储能系统是最具前景和可靠的选项。这些系统基于电化学反应运行，在当今各种能源需求中具有重要意义[1]、[2]、[3]、[4]。在这些系统中，超级电容器（SCs）由于其能够提供极高的功率密度、快速充放电以及承受大量循环的能力而获得了更多关注。因此，超级电容器适用于需要高功率输出和反复循环的场合，常被视为各种储能方案中的潜在候选材料[5]、[6]。通常，超级电容器分为电双层电容器（EDLCs）、赝电容器和混合超级电容器。在EDLCs中，碳、活性炭和碳纳米管等介观材料得到了广泛应用，这归功于其优异的电化学特性。这些材料提供较大的表面积和适中的导电性，有助于在电极-电解质界面形成电双层，从而改善比电容并提供极高的功率密度[7]、[8]、[9]。
相比之下，赝电容器通常依赖于具有更快法拉第反应的电极材料。例如，二氧化钌（RuO2）因其高催化活性、强导电性和优异的电化学性能而被视为突出的选择。之前的报道显示，RuO2的最高比电容可达1580 F g?1[10]。尽管具有这些优势，RuO2成本昂贵且供应有限，这促使人们探索具有可比性能的替代材料用于超级电容器应用[11]。混合过渡金属氧化物（MTMOs）比单一过渡金属氧化物更受关注，这是由于其更好的化学稳定性和增强的电化学性能。MTMOs中的协同效应改善了导电性、比电容和整体性能，使其成为超级电容器应用的有前景的材料[12]。
已经使用了多种电极材料，如碳基材料、聚合物、过渡金属氧化物及其复合材料。每种材料提供各自的特性，尤其是不同的形貌，从而影响超级电容性能。例如，NiO[13]、[14]、Co3O4[15]、MnO2[16]、NiCo2O4[17]、[18]、MnCo2O4[19]、CoFe2O4[20]、[21]等材料已被广泛研究。这主要是因为它们具有优异的循环稳定性和相对较高的电容。其中，尖晶石型镍钴氧化物（NiCo2O4）表现出强大的电化学行为。此外，NiCo2O4还具有低成本、天然可得、环境可持续和低毒性等优势，因此成为储能应用中具有吸引力的材料。因此，NiCo2O4目前被视为高性能超级电容器的极具前景且适应性强的替代电极材料，由于其良好的电化学特性和实用优势，近年来受到越来越多的关注[22]、[23]。NiCo2O4纳米结构的制备已通过多种方法实现，如水热法[24]、固相反应[25]、溶胶-凝胶法[26]、热分解[27]、喷雾热解[28]和共沉淀[29]。在这些方法中，水热法因其能够制备高产率且具有复杂形貌和结构的材料而备受青睐。
尽管水热合成法常用于制备NiCo2O4纳米结构，且先前的研究表明溶剂组成会影响晶体生长和形貌，但大多数研究仅关注单一或二元溶剂体系，侧重于形貌变化。目前对于不同溶剂如何影响NiCo2O4的成核和生长动力学，进而影响在相同合成条件下的结晶度、表面性质、电化学动力学和电荷储存，尚缺乏深入理解。此外，溶剂驱动的微观结构变化与电化学性能之间的直接联系尚未得到系统建立。
本工作旨在比较不同溶剂体系制备的NiCo2O4纳米粒子的超级电容性能，以更一致的方式将合成条件与结构特性相关联。进行了系统性研究，以了解溶剂环境如何影响NiCo2O4纳米粒子的结构、形貌和电化学特性。采用水、乙醇和混合溶剂体系，在相同的合成条件下，进行对比分析，以关联溶剂介导的生长途径与超级电容性能。总体而言，研究结果表明，溶剂可以作为简单、低成本的调节工具来改变形貌并增强NiCo2O4基电极材料的电化学响应。迄今为止，仅有少数研究在相同水热条件下对NiCo2O4的溶剂效应进行了受控的并排比较，尤其是涉及超级电容器性能时。本研究的意义在于为水热合成的NiCo2O4纳米粒子建立溶剂-形貌-电化学的受控关系，而非仅仅报道新的合成路线或高电容值。在相同的水热条件下系统地使用水、乙醇和水-乙醇混合溶剂，从而能够比较评估溶剂环境在NiCo2O4成核和生长中的具体作用。结果表明，水促进了片状结构的形成，而含乙醇体系则有利于聚集纳米团簇的形成，表明溶剂极性和离子迁移率影响了生长途径。这种形貌演变进一步与电化学响应相关联：水基NiCo2O4表现出更大的电化学活性面积、有利的离子可及通路、较低的界面电阻（Rs = 6.20 Ω）和增强的电荷储存行为。此外，电容/扩散贡献分析和幂律评估揭示了表面控制过程和扩散控制过程的共同贡献，而电化学阻抗谱（EIS）证实了界面电荷传递和离子传输动力学的影响。因此，本研究的核心贡献在于实验支持的溶剂介导生长、微观结构、电荷储存动力学和电化学性能之间的关联，证明了溶剂选择可以作为一种简单且低成本的参数来调节NiCo2O4电极的架构和功能。
章节摘要
材料与方法
六水合硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）、六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）和六亚甲基四胺等前驱体均购自Merck，为分析纯级别。双蒸水作为溶剂。
NiCo2O4纳米粒子的合成
NiCo2O4的合成采用水热法，这是一种标准方法且效果良好。在典型操作中，前驱体溶液通过将Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O加入50 mL蒸馏水中配制而成，具体基于
NiCo2O4纳米粒子的结构分析
采用X射线衍射（XRD）研究了NiCo2O4纳米粒子的结构特性。图2展示了不同溶剂条件下NiCo2O4纳米粒子的衍射图谱。从图谱中可以观察到，没有出现与杂质相相关的衍射峰，因此样品为纯相。这些图谱与标准JCPDS卡片（73-1702）良好匹配，发现NiCo2O4纳米粒子具有面心立方（FCC）结构。若干
结论
综上所述，通过水热法使用不同溶剂体系成功合成了NiCo2O4纳米粒子。结构和形貌分析证实了晶体立方尖晶石NiCo2O4的生成，且溶剂对粒子形貌有显著影响。以水为溶剂时促进了片状结构的形成，而含乙醇体系则由于溶剂极性和介电常数的差异导致了团簇状形貌。水基NiCo2O4表现出更高的比电容和良好的电化学性能。
作者贡献声明
R. Ananthan：撰写-初稿，方法论，概念化。W. Galeb：撰写-初稿，资源，方法论，形式分析。Sonnu Benny：可视化，资源，形式分析。S. Ezhil Arasi：撰写-初稿，资源，方法论，形式分析。Neela Mohan Chidambaram：资源，形式分析，数据管理。S. Arulmozhi：监督，项目管理，方法论，概念化。R. Nirmal Kumar：撰写-审阅与编辑，可视化，
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
R. Ananthan | W. Galeb | Sonnu Benny | S. Ezhil Arasi | Neela Mohan Chidambaram | S. Arulmozhi | R. Nirmal Kumar
