崔升教授团队在Chemical Engineering Journal上发表核壳异质结构气凝胶电极材料最新研究成果

发布时间：2025-06-17 12:17

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随着能源需求的激增，化石燃料过度使用引发的温室效应和环境污染问题日益严重，因此，开发环境友好型的能源生产和存储技术至关重要。近年来，碳气凝胶（Carbon Aerogel，CA）材料基于其超高的比表面积、精准的孔结构调控以及循环的稳定性能，在能量存储领域有着广泛的应用场景。但由于单一碳基材料存在活性位点不足、电化学响应单一、以及气凝胶材料本身强度低，结构易坍塌等局限性，制约其性能的进一步提升。在碳气凝胶上构建核壳结构是提高超级电容器电极材料性能的有效方法。然而，目前核壳结构的制备方法比较复杂，并且存在着界面粘结力弱、结构不稳定以及导电性和活性位点平衡的困难。

基于此，南京工业大学崔升教授团队联合齐鲁工业大学（山东省科学院）伊希斌研究员展开合作研究，制备了具有具有氧化锰均匀包覆层的CA核壳异质结构（CA@MnO2）。在弱碱性条件下，Mn2+离子经历氧化还原反应，可控地在碳气凝胶骨架表面生长，形成均匀的二氧化锰壳层。CA@MnO2不仅具有三维多孔结构，而且具有丰富的孔径范围和高比表面积。同时，MnO2包覆层的存在可以增强CA在电化学循环过程中的结构稳定性。CA@MnO2气凝胶应用于超级电容器，表现出高比电容（895.0 F/g）和优异的循环性能。当用于对称双电极超级电容器时，它具有宽的工作电压范围（2.6 V），在功率密度为250.0 W/kg时，具有高的能量密度为144.2 Wh/kg，展现出卓越的电性能。计算结果表明，MnO2壳层和CA核之间存在明显的异质界面和强烈的相互作用，有效的提高了电极材料的导电性并增加其对OH的吸附能力。该研究揭示了核壳异质结构对碳气凝胶材料电化学性能的协同增强机制，为开发低成本、高效、稳定的超级电容器电极材料提供了新的思路。

论文第一作者为崔升教授、王庭慰教授团队的博士生刘晓婵，论文题目为“Construction of CA@MnO2core-shell heterostructure for supercapacitor applications”，发表于期刊《Chemical Engineering Journal》上。此外，南京工业大学材料科学与工程学院崔升教授、王庭慰教授与齐鲁工业大学（山东省科学院）伊希斌研究员为该论文的通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161639

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