近年来，随着可穿戴电子、植入式医疗、智能芯片等产业的可持续发展，开发先进柔性储能技术为柔性电子设备稳定供电是材料、纺织、能源、化工等多学科交叉领域的研究重点方向之一。近日，博彩网站推荐
武观研究员团队，在高能量密度纤维状超级电容器领域取得了系统原创性成果，连续在Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition重要国际刊物上发表学术论文。研究成果为纤维储能材料在新能源技术、可穿戴电子、智能纺织品等领域的创新发展和产业化应用奠定了基础。
/ 研究成果① /
高熵掺杂新策略制备HE-MO@GF纤维
用于高能量密度超级电容器
2024/06/19
该工作从设计纤维电极有序微结构和高电化学活性入手，以强化界面法拉第电荷转移、离子传质、赝电容存储为目标，构筑了高熵掺杂金属氧化物@石墨烯复合纤维 (HE-MO@GF) 材料，用于高能量密度可穿戴超级电容器研究。该研究成果于发表在国际材料顶级期刊《Advanced Materials》上 (High-Entropy Engineering Reinforced Surface Electronic States and Structural Defects of Hierarchical Metal Oxides@Graphene Fibers towards High-Performance Wearable Supercapacitors, Advanced Materials 2024, 2406483)。该论文的通讯作者是浙江理工大学武观研究员，浙江理工大学硕士研究生胡昊威、青年教师杨超为论文的共同第一作者。
文章要点：
1）高浓度氧空位、晶格畸变和优化电子结构，强化了离子吸附能力、传递速率与反应动力学：顺磁电子共振波谱显示HE-MO@GF具有最高的氧空位浓度，增强了电极对OH-的吸附能力；XRD表征证实了高熵掺杂的氧化物及晶格畸变，DFT计算验证了优化的晶体结构；从而有效地提升了HE-MO@GF中OH-的吸附能(-4.14与-4.53 eV)，及降低了OH-的表面迁移能垒 (0.57 eV)；同时，高熵掺杂后纤维的电导率得以提高，促进了电荷的激发与转移、氧化还原反应动力学；交流阻抗谱分析显示HE-MO@GF具有最小的电荷转移和扩散阻抗，强化了纤维电极的离子动力学传质与电荷存储过程。
图1. HE-MO@GF的制备过程和结构优势
2）HE-MO@GF电化学性能测试及高赝电容容量：该工作采用反向共沉淀方法与限域组装技术制备了HE-MO@GF。高熵掺杂策略赋予了HE-MO@GF充足的活性位点、低的OH-扩散能垒、快速的OH-吸附/传质动力学、提高的界面电荷传递、增强的结构稳定性与可逆的法拉第电荷转移。在6 M KOH电解液中，HE-MO@GF纤维电极呈现出超大的面积比电容 (3673.74 mF cm-2) 与较高的倍率性能 (30 mA cm-2：1446.78 mF cm-2)，具有良好的氧化还原可逆性。
图2. HE-MO@GF的结构表征、电化学性能与储能机制
3）固态纤维状超级电容器的构筑与穿戴供电应用：由HE-MO@GF组装成的纤维基对称超级电容器 (FESCs)，在固态凝胶电解质中表现出高面积能量密度 (132.85 μWh cm-2)、大比电容 (1952.13 mF cm-2) 与较好的循环稳定性 (10,000次)。同时，FESCs在宽温域、多次水洗与不同浓度汗液等苛刻条件下，能够稳定工作。通过串并联方式将FESCs集成，可提高器件的输出电压与电流，满足了实际应用中设备对高工作电压和容量的需求。将FESCs与织物进行集成，实现了为各种可穿戴设备 (如手表、徽章和发光眼镜) 供电的应用。
图3. 固态FESCs的电化学性能测试与应用
全文链接：
//doi.org/10.1002/adma.202406483
/ 研究成果② /
界面有序多硫化物纳米片阵列 (NiCoMoS)-分级Ti3C2Tx MXene核壳纤维助力
高性能超级电容器
2024/06/05
该工作从设计纤维电极的高活性有序界面、稳定界面耦合、快速界面电荷传递与反应等入手，通过微流控限域组装技术，构筑了界面有序多硫化物纳米片阵列 (NiCoMoS)-分级Ti3C2Tx MXene的先进核壳结构纤维，用于快速赝电容动力学的高能量密度超级电容器研究。该研究成果于发表在国际重要刊物《Angewandte Chemie》上 (Interfacially Ordered NiCoMoS Nanosheets Arrays on Hierarchical Ti3C2Tx MXene for High-energy-density Fiber-Shaped Supercapacitors with Accelerated Pseudocapacitive Kinetics, Angewandte Chemie International Edition 2024, e202409281)。该论文第一作者为浙江理工大学硕士研究生梅晓童，浙江理工大学武观研究员、清华大学徐建鸿教授为共同通讯作者。
文章要点：
1) 核壳纤维强化的界面电荷转移、离子吸附/扩散与多电子反应动力学：基于非原位XPS和DFT计算结果表明，原位生长的NiCoMoS多金属硫化物与OH-之间的氧化还原反应具有高度的可逆性；NiCoMoS提供了大量的活性位点，降低了OH-在纤维层内的扩散能垒 (从0.17到0.09 eV)，并增强了对OH-的吸附能 (-0.7到-6.5 eV)；Ti-O-M (M = Ni, Co, Mo) 化学键合的界面，提高了界面处电荷转移与多硫化物的多电子氧化还原反应；因此，NiCoMoS-Ti3C2Tx纤维具有强化的界面电荷转移、离子吸附/扩散与多电子反应动力学。
图1. NiCoMoS-Ti3C2Tx纤维的制备及形貌表征
2) 核壳结构纤维电化学性能测试及高法拉第电容存储：得益于多金属硫化物高氧化还原活性、可逆多电子转移，Ti3C2Tx高导电网络，及化学键合稳定异质界面，纤维电极具有OH-吸附能垒低、传质速率快，界面电荷生成/消散、传递速率增强，赝电容反应动力学与微结构稳定的优点。在2M KOH电解液中，NiCoMoS-Ti3C2Tx纤维呈现出大体积比电容 (2472.3 F cm-3) 、优异的倍率性能和长寿命循环 (20,000 次循环后电容保持率为92.9%)。
图2. NiCoMoS-Ti3C2Tx纤维在三电极体系中的电化学性能测试
3) 固态纤维状超级电容器的构筑与供电与传感应用：将NiCoMoS-Ti3C2Tx核壳纤维组装成全固态对称纤维状超级电容器器件 (FSCs)，其呈现出高体积能量密度 (50.6 mWh cm-3)、比电容 (1456 F cm-3 ) 和长循环稳定性。将封装后的FSCs集成到织物 (毛衣、围巾等) 中，能够稳定地为照明、自清洁通风面罩和电风扇等供电；此外，构筑的NiCoMoS-Ti3C2Tx纤维非酶生物电化学传感器可对多巴胺进行实时检测，并表现出良好的灵敏度和较低的检测限。
图3.固态FSCs的电化学性能测试和实际应用
全文链接：
//doi.org/10.1002/adma.202406483
该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江理工大学科研启动基金等项目的资助。
武观研究员课题组简介
浙江理工大学武观研究员团队主要从事储能纤维及器件研究，聚焦于二维材料、超级电容器、微流控纺丝技术、锂/钠电池、极端条件电解液、离子传感器、电驱动器等。目前，团队由1名研究员、1名特聘研究员 (杨超)、1名特聘副教授 (满增明)、1名讲师 (张扬)、20余名研究生和本科生组成，成员学术背景涵盖了化工、材料、能源、纺织等领域。
人物名片
武观，理学博士，研究员/正高，博士生导师。主要从事储能纤维及器件研究。以第一作者和通讯作者在Adv. Mater. (4篇)、Nature Commun. (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (12篇)、ACS Nano (3篇)、Adv. Funct. Mater. (3篇)、Energy Stor. Mater.、Adv. Sci.、Chem. Eng. J. 等期刊发表SCI论文50余篇；其中，IF>10论文35篇，ESI热点论文1篇、高被引论文6篇，论文被引用5500余次，H-index为37 (Google Scholar)。授权国家发明专利9件。主持国家自然科学基金 (面上、青年)，浙江省自然科学基金重大项目，江苏省优秀青年基金等项目共10项。担任国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、国家级青年人才项目评审专家。担任《Adv. Fiber Mater.》、《eScience》、《Front. Chem. Sci. Eng.》青年编委，《化学科学与工程》编委，中国化工学会微化工技术专委会青年委员。担任Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Sci. China Mater.等40余种SCI学术期刊的审稿人。
