NiO-Fe2 O3 修饰多孔石墨烯的温和制备及其在全固态非对称超级电容器中的高效应用

　　为解决超级电容器能量密度不足和电极材料导电性差的问题，研究人员开发了NiO-Fe2 O3 /HG复合阴极材料。通过温和条件合成少缺陷多孔石墨烯（HG），结合金属氧化物伪电容特性，实现75 mF/cm2 的面电容和94.5%循环稳定性，为柔性储能器件提供新策略。

　　

超级电容器作为新一代储能器件，虽具有功率密度高的优势，但其能量密度始终难以媲美电池。这一瓶颈的核心在于电极材料——传统碳基材料依赖双电层储能（EDLC），而金属氧化物虽能通过氧化还原反应提供伪电容（Pseudocapacitance），却常受限于导电性差和结构不稳定。更棘手的是，对称超级电容器因电压窗口窄导致性能受限，而非对称设计又面临电极材料匹配难题。如何通过绿色工艺开发兼具高导电性和丰富活性位点的电极材料，成为突破储能技术的关键。

针对这一挑战，来自喀拉拉邦高等教育委员会的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表创新成果。他们巧妙利用H₂
O₂
的双重功能——既作为石墨插层化合物（GIC）剥离剂，又作为化学蚀刻剂，在NiO催化下制备出少缺陷的多孔石墨烯（HG）。这种NiO-Fe₂
O₃
/HG复合材料通过金属-碳（M-C）键和M-O-C键实现纳米颗粒均匀分散，最终构建出性能卓越的全固态非对称超级电容器。

研究采用多项关键技术：通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱确认材料晶体结构与缺陷程度；X射线光电子能谱（XPS）分析表面化学键合；透射电镜（TEM）观察纳米孔洞分布；霍尔效应测试量化导电性（达9.72×10²
S/cm）；三电极体系评估电化学性能；密度泛函理论（DFT）模拟电荷转移机制。

结果与讨论部分揭示：材料表征显示HG为少层（<5层）结构，ID/IG比仅0.89，远低于氧化石墨烯衍生物；XPS证实Fe₂
O₃
以α相存在，Ni²⁺
通过3d轨道参与电荷传输；TEM显示10-50 nm均匀孔洞及5-8 nm金属氧化物颗粒。电化学测试中，三电极体系在0.3 mA/cm²
下展现75 mF/cm²
面电容，5000次循环后容量保持94.5%。组装的非对称器件（以棉布为基底）实现605.8 μW/cm²
功率密度，并能点亮LED。DFT计算表明孔洞边缘的碳原子具有更高态密度，促进电荷转移。

结论部分强调：该研究开创性地利用温和条件同步实现石墨烯孔洞造孔和金属氧化物负载，突破传统氧化石墨烯路线的环境负担。NiO-Fe₂
O₃
/HG中金属-碳协同作用不仅提升导电性，更通过伪电容效应增加能量密度。采用棉布基底的设计为柔性电子器件提供新思路，而DFT理论模拟为材料设计提供指导。这项研究为开发高性能、低成本的下一代储能器件奠定了材料基础，其绿色合成理念对可持续能源技术发展具有启示意义。