NML综述 | 分子动力学模拟：超级电容器电极材料设计

石墨烯厚度仅为单个碳原子直径，是一种新型二维纳米材料，具有极其优异的导电和导热性能以及碳材料中最高的比表面积，被认为是实现高性能超级电容的理想材料。针对石墨烯超级电容储能的分子动力学研究主要集中在面向石墨烯平板和纳米通道。

针对石墨烯平板的分子动力学模拟研究揭示了其微观双电层结构，有效解释了电化学实验所观测到的不同形状特征微分电容曲线。针对石墨烯纳米通道的分子动力学模拟研究为纳米和亚纳米受限空间内的双电层电容储能特性提供了原子层级机理。

3   一维纳米材料的分子动力学研究

碳纳米管是典型一维管状碳纳米材料。针对碳纳米管的分子动力学模拟研究表明，其内表面和外表面呈现出不同的储能机理。

对于外表面，由于弯曲表面的影响，碳纳米管的微分电容基本不随电极电势变化。对于内表面，由于受限空间的影响，离子会发生“部分去溶剂化现象”，呈现出显著的纳米尺度尺寸效应。

4   零维纳米材料的分子动力学研究

洋葱碳是一种典型的零维纳米材料。洋葱碳的内表面无法利用，但其弯曲外表面对超级电容储能行为有着显著的影响。

分子动力学模拟研究发现，洋葱碳电极电容随着曲率半径的减小而单调增加，且显著高于二维石墨烯平板。另外，洋葱碳的外表面容易被电解液接触，传输阻力小，对实现超级电容高功率密度有潜在优势。

主要研究方向：

纳米尺度传热传质；非平衡热力学和统计热力学；载能粒子输运规律和动力学；石墨烯超级电容储能技术；储能热行为机理及调控。

课题组主页：

http://person.zju.edu.cn/zhengbo

1    一种高效的高频超级电容器电极材料： 碳纤维框架表面定向生长石墨烯

2   基于铁丝及表面Fe3O4纳米片阵列的毫米尺寸一维超级电容器

3   三维Co-Al层状双氢氧化物：新型长期稳定性和高效性超级电容器纳米材料

4   纳米片组装的金属有机框架球形结构：高效超级电容器及其电催化性能

5   高性能柔性非对称超级电容器：基于CoAl-LDH正极和rGO负极材料

6   电化学储能虚拟专辑代表性论文8：一步无模板电化学沉积方法制备Mn3O4纳米结构用于超级电容器电极材料

7  电化学储能虚拟专辑代表性论文7：溶剂热+电沉积合成Co3O4@PPy核壳复合纳米片阵列用于高性能超级电容器电极材料

8   电化学储能虚拟专辑代表性论文6： 热解法制备新型氮化钒（VN）/多孔碳复合纳米颗粒并用于对称超级电容器阳极材料

9   泡沫镍上制备NiCo2O4/rGO/NiO三明治异质结构的高性能超级电容器电极

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Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在 Springer 开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，目前免收版面费。