镍钴双金属磷化物/碳复合材料（PBA@PZS-700）的简易构建及其高性能非对称超级电容器应用

　　研究人员针对普鲁士蓝类似物（PBA）直接用作超级电容器电极时导电性差、稳定性不足的问题，通过原位聚合和一步煅烧法设计出镍钴双金属磷化物/碳复合材料（PBA@PZS-700）。该材料具有高比表面积（121.3 m2 g?1 ）和丰富孔隙结构，展现出卓越的比电容（1976 F g?1 ）和循环稳定性（70.8%@5000次），组装的非对称超级电容器能量密度达51.8 Wh kg?1 ，为高性能储能器件开发提供了新思路。

　　

化石能源的枯竭与环境污染问题迫使人类转向开发清洁可再生能源，但风能、太阳能等间歇性能源的高效存储仍是重大挑战。超级电容器因其快速充放电、长循环寿命等优势成为研究热点，但其核心瓶颈在于电极材料的性能限制。传统普鲁士蓝类似物（Prussian Blue Analogs, PBA）虽具有三维开放框架和可调组成，但存在导电性差、碱性环境中易溶解等问题。现有改进策略如导电聚合物包覆或高温转化工艺复杂，且难以兼顾高比电容与稳定性。

针对这一难题，郑州大学的研究团队创新性地提出通过原位聚合与一步煅烧法构建镍钴双金属磷化物/碳复合材料（PBA@PZS-700），相关成果发表于《Journal of Energy Storage》。研究以Ni-Co-PBA纳米立方体为模板，在其表面原位聚合四乙烯五胺与六氯环三磷腈形成聚磷腈（PZS）壳层，随后通过700℃一步煅烧同步实现碳化和磷化。该方法简化了传统分步工艺，显著降低能耗。

关键技术方法

1. 模板法合成：以柠檬酸钠为络合剂，共沉淀法制备Ni-Co-PBA纳米立方体模板；
2. 原位聚合：在模板表面聚合氮/磷富集的PZS壳层，形成核壳结构；
3. 一步煅烧：在惰性气氛中同步完成碳化与磷化，温度梯度实验（600/700/800℃）优化性能；
4. 电化学测试：三电极体系评估比电容、倍率性能和循环稳定性，非对称器件组装测试能量密度。

研究结果

形貌与结构表征
扫描电镜（SEM）显示Ni-Co-PBA模板为122 nm的规则纳米立方体（图2a-b），包覆PZS后粒径增至266 nm且表面粗糙化（图2c-d）。煅烧后的PBA@PZS-700保留立方体形貌但形成多孔结构（图2e-f），X射线衍射（XRD）证实其成功转化为NiCoP相（PDF#71-2336），X射线光电子能谱（XPS）揭示Co²⁺
/Co³⁺
和Ni²⁺
/Ni³⁺
氧化还原对的存在。氮气吸脱附测试显示其比表面积达121.3 m²
g^?1
，孔径分布集中在2-5 nm。

电化学性能
在三电极体系中，PBA@PZS-700在1 A g^?1
电流密度下展现1976 F g^?1
（790.4 C g^?1
）的超高比电容，20 A g^?1
时仍保持68.6%的容量（图3a-b）。动力学分析表明其电容贡献率达78.5%（图3c），电荷转移电阻（R_ct
）仅0.38 Ω（图3d）。5000次循环后容量保持率70.8%，优于多数报道的PBA衍生材料（图3e）。

非对称器件性能
以PBA@PZS-700为正极、商业活性炭（AC）为负极组装的器件（PBA@PZS-700//AC）在1019.08 W kg^?1
功率密度下实现51.8 Wh kg^?1
的能量密度（图4a-b），10000次循环后容量保留67.9%（图4c），点亮LED灯实验验证其实际应用潜力（图4d）。

结论与意义
该研究通过创新的一步煅烧策略，将PBA模板转化为高性能镍钴磷化物/碳复合材料，解决了传统电极材料导电性差、工艺复杂的问题。PBA@PZS-700的高比表面积与多级孔结构促进了电解质渗透和电子传输，双金属磷化物（NiCoP）与碳基体的协同效应提升了氧化还原活性和稳定性。所构建的非对称超级电容器在能量密度和循环寿命方面达到国际先进水平，为下一代储能器件开发提供了重要参考。研究团队Huiyuan Liu等人特别指出，该方法可扩展至其他PBA体系，具有普适性应用前景。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加外部信息）