精读扬州大学庞欢最新AM:水凝胶3D打印超级电容器
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扬州大学庞欢最新研究揭示了金属-有机骨架（MOF）纳米复合材料在超级电容器3D打印领域的应用。研究团队在五氧化二钒纳米线上均匀合成了十二面体ZIF-67，通过探索不同的配位方式，研究了ZIF-67在乙醇中的表面特性。利用Ni2+、Co2+和N原子的配位能力差异，通过金属离子交换形成了空间分离的表面活性位点。Ni2+的d8电子构型与ZIF-67的三维结构之间的不相容性，为通过控制Ni掺杂量合成中空结构提供了可能。x射线吸收精细结构分析证实了NiCo-MOF@CoOOH@V2O5纳米复合材料的形成。
研究通过3D打印微型超级电容器，证明了该复合材料具有高性能，面积比电容达到585 mF cm−2，能量密度为159.23 μWh cm−2（功率密度为0.34 mW cm−2）。这一成果为电化学储能应用高性能纳米材料的合成提供了新的方向，展现了溶剂/配位策略的巨大潜力。
图文并茂地展示了复合材料的制备过程和性能验证。复合材料的微观结构和元素分布通过SEM和TEM技术得到详细揭示，元素映射进一步验证了材料的组成。X射线吸收精细结构分析（XANES）和傅立叶变换扩展吸收结构分析（FT-EXAFS）揭示了复合材料中金属原子的配位环境和空间分布。
为了深入理解复合材料的电化学性能，研究团队设计了三电极和双电极系统进行电容性能测试。CV曲线和GCD曲线展示了复合材料在不同电流密度下的电容响应，以及在不同扫掠速度下的稳定性。电容贡献百分比和Ragone图分析了复合材料在能量和功率密度方面的表现。此外，研究还探讨了离子输运机制对电容性能的影响。
为了将复合材料应用于实际应用中，研究团队开发了水凝胶形式的复合材料，通过3D打印技术制备了电极。水凝胶的表观粘度与剪切速率的关系、时间粘度关系曲线以及G’和G''的分析，展示了其良好的流动性和力学性能。三维打印的电极在不同扫描速度下的CV曲线和GCD曲线，以及Nyquist图，进一步验证了其电化学性能。
综上所述，扬州大学庞欢的研究团队成功地通过合成MOF纳米复合材料，实现了高性能超级电容器的3D打印，为电化学储能领域提供了创新解决方案。这一成果不仅拓宽了MOF材料的应用范围，也为未来开发更高效、更稳定的超级电容器提供了理论指导和实践基础。
