創新點：揚州大學龐歡教授和南京信息工程大學張一洲教授課題組利用3D打印技術和材料特性構建層狀結構，通過控制Co3O4量子點的數量來優化層狀電極的孔隙結構和氧化活性位點，有效地補償表面或近表面機制對固態電化學性能的影響。

關鍵詞：Advanced Science，3D打印微超級電容器，液晶復合材料， 有序層狀結構

微型超級電容器 (MSCs)是一種極具發展前景的平面電化學儲能器件，因其優異的電化學性能而受到廣泛關注。然而，由于表面或近表面機制導致的低工作電壓和低容量嚴重阻礙了它們在電化學領域的快速發展。研究表明，通過3D打印碳基材料骨架和電沉積在打印電極表面生長金屬氧化物可以有效改善材料的贗電容特性。然而，這個過程是復雜的，并且受溶劑的限制。因此，必須確定合適的3D打印材料來插入和構建合適的電極結構。MSCs通常以對稱和非對稱兩種形態出現。由于水分裂，對稱MSCs具有有限的器件電壓。為了避免這些限制并提高能量存儲性能，構建具有3D結構的非對稱MSCs是一種很有前途的方法。

揚州大學龐歡團隊和南京信息工程大學張一洲團隊利用具有液晶特性的墨水在電極內部構建了層狀結構，并通過控制Co3O4量子點的數量來優化層狀電極的孔隙結構和氧化活性位點。Co3O4量子點分布在電極表面的孔隙中，Co3O4量子點的插入可以有效地彌補表面或近表面機制的局限性，從而有效地改善了3D打印MSCs的贗電容特性。3D打印的MSC具有較高的面積電容和能量密度。相關結果發表在Advanced Science上。

近表面或表面機制對電化學性能的影響(較低的比電容密度)阻礙了3D打印微型超級電容器(MSCs)的發展。合理的印刷電極內部結構特性和合適的嵌入材料可以有效地補償表面或近表面機制的影響。利用Co3O4 QD、氧化石墨烯、CNTs和V2O5 NWs通過擠壓3D打印制備了納米復合墨水，用作MSCs電極。成功地在電極的內層中構造了一種具有液晶特性的墨水。碳納米管和氧化石墨烯作為導電劑和粘結劑可以有效提高MSCs電極的導電性，進一步提高其電化學性能。具有液晶性質的V2O5 NWs活性材料有利于可控層狀結構的形成。具有贗電容特性的0D Co3O4 QD的加入，可以在不改變可打印流變特性的情況下，將其插入互連的多孔結構中，有效降低表面或近表面對電化學性能的影響，有利于進一步提高電極的電化學性能。研究了Co3O4 QD對混合油墨的液晶性能、電極結構、流變力學和電化學性能的影響。通過改變Co3O4 QD的插入量來調整層狀電極的孔隙結構，表面孔隙和氧化活性位點協同優化電極結構，進一步提高電化學性能。此外，與其他0D非金屬氧化物碳電極的性能相比，Co3O4 QD插入電極的層狀結構表現出優越的電化學活性。這可歸因于添加了Co3O4 QD贗電容材料，提高了電容。此外，通過控制層狀結構中Co3O4 QD的插入量和調節層狀結構的密度，由于電荷的增加和電極間離子傳輸的增加，MSCs的電導率得到了提高。此外，量子點的嵌入可以調節電極表面的孔隙結構，從而減少表面和近表面機制對MSCs電容和能量密度的不利影響，有效提高其電化學性能。結果證實了材料性能、電極結構構造和材料嵌入對EESE發展的重要意義。本研究為下一代高性能3D打印能源材料的開發、器件結構的構建、性能的調整和提升提供了新的研究方向和指導。

WILEY

論文信息：

Co3O4 Quantum Dots Intercalation Liquid-Crystal Ordered-Layered-Structure Optimizing the Performance of 3D-Printing Micro-Supercapacitors

Huijie Zhou, Yangyang Sun, Hui Yang, Yijian Tang, Yiyao Lu, Zhen Zhou, Shuai Cao, Songtao Zhang, Songqing Chen, Yizhou Zhang, Huan Pang*

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202303636

Advanced

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期刊簡介

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