太原理工大學(xué)羅居杰老師和奧本大學(xué)的張新宇教授合作應(yīng)用固態(tài)微波法成功制備了一種高性能的NiO/MnO2@graphite電極材料，文章發(fā)表在電化學(xué)專業(yè)雜志Electrochimica Acta。文章詳細(xì)討論了微波反應(yīng)功率、微波反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)物的質(zhì)量比對(duì)于產(chǎn)物NiO@graphite以及NiO/MnO2@graphite的電化學(xué)性能的影響。在固態(tài)微波反應(yīng)過程中，六水合硝酸鎳以及四水合醋酸錳被用作先驅(qū)體，天然石墨粉為加熱層，在空氣氛圍下成功制備了NiO@graphite以及NiO/MnO2@graphite納米復(fù)合材料。不僅原料成本低，而且制備過程反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)迅速。
固態(tài)微波法快速納米制備可以追溯到2006年，張新宇教授應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物為先驅(qū)體，在空氣，無溶劑的條件下，快速（3-5分鐘）成功地制備了納米碳材料(Zhang et al, Chem. Comm. 2006, 2477)。隨后，該課題組又對(duì)碳納米管的生長機(jī)制做了進(jìn)一步研究，提出了一種全新的碳納米管制備方法：Poptube Approach (Liu et al, Chem. Comm. 2011, 9912-9914)。并在接續(xù)的工作中，成功地把固態(tài)微波法延伸到制備金屬氧化物/硫化物納米復(fù)合材料領(lǐng)域。2016年，該課題組通過微波法合成了富勒烯狀的金屬硫族化合物 (Liu et al, Sci. Rep. 2016, 6， 22503)。
文章中比較了金屬氧化物與石墨二相與三相復(fù)合材料體系的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)相對(duì)欲二相體系NiO@graphite，三相NiO/MnO2@graphite復(fù)合體系的循環(huán)穩(wěn)定性更好，比電容更高(如下圖所示)。其主要原因可能在于NiO納米顆粒傾向于團(tuán)聚，而MnO2的加入有效地阻止了NiO納米顆粒的團(tuán)聚，提高了NiO/MnO2@graphite復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性：循環(huán)1600圈之后比電容仍為初始比電容的140%。另一方面NiO與MnO2之間形成的特殊結(jié)構(gòu)提高了復(fù)合材料的比電容值。更有趣的現(xiàn)象是，因著石墨材料的活化效應(yīng)，NiO/MnO2@graphite復(fù)合材料電極在循環(huán)之初出現(xiàn)了比電容逐漸增大的現(xiàn)象。
論文鏈接:
http://dx.doi.org/10.1039/B603925A
http://dx.doi.org/10.1039/C1CC13359D
https://www.nature.com/articles/srep22503
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617326348
