化学与环境工程学院罗家还副教授指导联合培养硕士研究生在J. Colloid Interface Sci.上发表论文

安阳工学院罗家还副教授带领河南理工大学联合培养硕士研究生李硕，在河南理工张传祥教授、武汉理工大学木士春教授团队、华中科技大学黄云辉教授的指导和帮助下，于2024年5月1日在Journal of Colloid and Interface Science上发表了题为Hybrid supercapacitors using metal-organic framework derived nickel-sulfur compounds的研究论文。该研究以球形 Ni-MOF 为自牺牲模板，通过在 500 ℃ 下硫化制备了碳包覆 Ni₉S₈ 复合材料（Ni₉S₈@C-5）。研究结果 由于 Ni-MOF 具有稳定的碳骨架，且多核 Ni₉S₈ 成分具有正的结构-活性关系，因此在 1 A g^-1 的条件下，比容量为 278.06  mAh g^-1。此外，以 Ni₉S₈@C-5 为正极、实验室制备的煤沥青基活性炭（CTP-AC）为负极构建的混合超级电容器（HSC）在功率密度为 800.06 W kg^-1时的能量密度达到了 69.32 Wh kg^-1，在 5 A g^-1 下充放电 5000 次后的容量保持率为 83.06%。本研究提出的 Ni-MOF 牺牲模板方法有效地解决了 Ni₉S₈ 在电化学反应过程中结构坍塌和团聚的难题，从而提高了其电化学性质。因此，本研究展示了一种简单的制备方法，在超级电容器电极中具有广阔的应用前景。

图1. (a) HSC 器件在不同扫描速率下的 CV 图，(b) HSC 器件在不同电流密度下的 GCD 图，(c) HSC 器件的倍增器性能，(d) HSC 器件的 Ragone 图，(e) HSC 器件的实用性验证，(f) HSC 器件在 5 A g^-1 下的长周期稳定性图。

本研究以球形Ni-MOF为结构模板，通过简单的高温硫化获得了自组装碳包覆多核Ni₉S₈@C-5复合材料，该复合材料具有良好的电池型储能特性：(1）富氧化多核Ni₉S₈具有丰富的氧化还原活性，为电极材料的氧化还原反应提供了物质基础；（2）球形外碳层的形成有效避免了Ni₉S₈晶体的结构塌陷和团聚，提高了其结构稳定性；（3）Ni-MOF衍生的碳骨架比表面积（132. 66 m² g^-1）和介孔结构（3-6 nm），适合电化学反应和物质传输扩散。Ni₉S₈@C-5 与之前报道的源自 MOF 的硫化镍相比，具有更好的比容量（278.06 mAh g^-1，1 A g^-1）和循环稳定性（容量保持率 88.97%，5000 次循环）。组装后的 Ni₉S₈@C-5//CTP-AC HSC 在 800.06 W kg^-1功率密度下的能量密度为 69.32 Wh kg^-1，高于之前报道的MOF衍生硫化镍化合物。因此，本研究为开发和制备用于实际应用的高性能HSC阳电极材料提供了宝贵的见解。

作者简介：

第一作者：李硕，我院2017级环境工程专业学生，2021年考入河南理工大学化工学院攻读硕士学位，师从河南理工大学张传祥教授（第一导师）、罗家还副教授（第二导师）

通讯作者：罗家还副教授，我院青年教师，河南理工大学、长江大学兼职硕士生导师

王晶副教授，我院青年教师，河南理工大学、长江大学、北京石油化工学院兼职 硕士生导师

张传祥教授，河南理工大学化工学院党委书记，博士生导师

陈孔耀讲师，中原工学院先进材料研究中心，硕士生导师

木士春教授，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，博士生导师，学科首席教授、博士生导师，国家级高层次人才

Journal of Colloid and Interface Science，中科院一区期刊，影响因子9.9。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0021979724009421