超级电容器由于其长循环寿命、高能量密度、快速充电和广泛的温度范围而受到广泛关注，超级电容器的能量密度主要取决于电极材料的组成，开发优异的电极材料以提高超级电容器中的能量存储能力至关重要。在众多电极材料中，基于铋的化合物可以通过Bi⁰和Bi³⁺之间的电化学反应实现高的理论容量值。金属铋资源丰富、无毒、无害，并且具有良好的电导率和稳定的化学性质，使得铋被认为是超级电容器的理想合金材料。超级电容器的容量与其形态、组成和电子结构密切相关。为了进一步提高铋在能量存储方面的容量，保持其体相稳定性的同时在其表面修饰非金属原子，可以作为调整其表面形态和电子性质的有效方法。

Figure 1 SEM images of samples with different magnifications, (a-d) SEM images of Bi nanosheets, (e-h) SEM images of Se nanowires, (i-l) SEM images of Se@Bi nanosheets.

课题组通过一步化学气相沉积法成功合成了硒修饰的铋纳米片。分析结果显示，硒在铋纳米片上的沉积对其结构影响基本没有影响，而铋纳米片的表面形态和化学状态略有改变，这进一步影响了它们的电化学性能。三电极测试表明，与原始铋纳米片相比，硒修饰的铋纳米片展示出显著的容量改善（在 5A/g 的电流密度下，由 869 F/g 提高到 1313 F/g）。这种改进主要归因于硒具有强电负性，其引入优化了表面配位环境并改善了电子结构，有效地提高了电化学性能。此外，动力学分析表明，电池型能量存储在低扫描速率下占主导地位，而在高扫描速率下，电容控制过程占主导地位。与此同时，组装的Se@Bi//AC非对称超级电容器，展示出了优异的倍率性能和良好的循环稳定性。

Figure 2 Schematic illustration of the Se@Bi nanosheets growth process. Scheme of Se@Bi//AC asymmetric device. Cycling stability test of Se@Bi//AC, the inset shows an optical photograph of devices lighting up an LED.

该工作以“Optimizing performance in supercapacitors through surface decoration of bismuth nanosheets”为题目，发表于国际著名SCI学术期刊（ACS Applied Materials & Interfaces，2024, https://doi.org/10.1021/acsami.3c17699）。论文第一作者为十大菠菜网正规平台2021级研究生朱一羽，论文第二作者为十大菠菜网正规平台2022级研究生王震，侯纪伟副教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金，江苏省自然科学基金，材料化学工程国家重点实验室开放课题、浙江省柔性电子重点实验室开放课题及江苏省研究生科研与实践创新计划项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c17699

欢迎对新能源材料与器件感兴趣的博士后、博士生、硕士生及本科生加入本课题组，联系方式：jwhou@njtech.edu.cn