【研究背景】

随着能源需求增加与环境问题加剧，开发高效储能与清洁能源转化技术备受关注。超级电容器与电催化析氢技术分别在高效储能和氢能制备方面展现出巨大优势，其性能提升高度依赖高性能电极与催化材料。在各类电极材料中，过渡金属硼化物具有较高理论容量与优异催化活性，可同时实现储能与析氢双功能，但存在导电性差、结构稳定性弱等问题，限制了其电化学性能的进一步提升。

构建异质结构和引入碳纳米纤维导电基底是改善其电化学性能的有效策略。一方面，异质结构的形成不仅能通过优化反应活性和界面效应提升电导率和电子结构性能，还能增强材料的结构稳定性。另一方面，碳纳米纤维有利于提升金属硼酸盐的稳定性和导电性，且其界面可调性为异质结构的设计提供了基础。此外，在我们课题组之前的研究中，静电纺碳纳米纤维基硒化镍被设计为超级电容器电极材料。硒化镍的独特优势（导电性高于硫化物和氧化物且具有良好的氧化还原活性）以及碳纤维的一维纳米结构，共同赋予了该材料优异的电化学性能。因此，碳纳米纤维基硒化物/硼酸盐异质结构在超级电容器储能与电催化析氢领域展现出良好的潜力。

【文章简介】

近日，西南林业大学生物质催化转化与利用创新团队田地副教授，在国际知名期刊Carbon上发表题为“Construction of NiSe2/Ni3B2O6 heterostructures on electrospun carbon nanofibers for high-performance supercapacitor and hydrogen evolution reaction”的文章。论文第一作者为西南林业大学硕士生李光辉。本文结合异质结构筑与导电基底复合双重改性策略，构筑了碳纳米纤维基NiSe2/Ni3B2O6异质结构，并系统探究了该复合材料在超级电容器储能与电催化析氢领域的电化学性能与反应机理。

图 1. 碳纳米纤维基NiSe2/Ni3B2O6异质结构用于超级电容器和析氢反应。

【本文要点】

要点一：静电纺聚丙烯腈碳纤维骨架

本研究采用静电纺丝与煅烧技术制备碳纳米纤维基底。相较于石墨烯、泡沫镍等常规导电基底，静电纺丝碳纳米纤维前驱体的可调性与稳定的一维纳米骨架结构，为NiSe2/Ni3B2O6异质结的生长提供均匀附着位点，有效暴露更多电化学活性中心、加速离子与电子传输。

图 2. CCo@NiSe@NiBO的制备流程图。

要点二：异质结构筑晶态/非晶态界面

本研究基于静电纺碳纳米纤维构建了晶态NiSe2/非晶态Ni3B2O6异质结构，并对异质结构的组成以及异质结构与碳纳米纤维的生长比例进行了系统优化。异质结构中独特的界面电子调控与协同效应，显著提升了电荷转移效率、结构稳定性与反应动力学性能。

图 3. （a）CCo@NiSe的TEM图像，（b）HRTEM图像，（c）EDS光谱和相应的元素映射：（d-i）；（j）CCo@NiSe@NiBO的TEM图像，（k）HRTEM图像，（l）EDS光谱，以及相应的元素映射：（m-r）。

要点三：超级电容器电极性能及电解水制氢催化性能

本文所制备的CCo@NiSe@NiBO复合材料展现出双功能特性。在超级电容器储能方面，该电极在0.5 A·g-1电流密度下比电容高达984.0 F·g-1，具备优异的倍率性能；在电催化析氢测试中，10 mA·cm-2电流密度下过电位仅227 mV，塔菲尔斜率低至91.2 mV·dec-1。所组装的混合型超级电容器器件，能量密度可达35.58 Wh·kg-1，功率密度为1499.83 W·kg-1，经过10000次长循环后电容保持率仍可达91.88%，且可稳定驱动LED点亮。

图 4. （a~c）CCo@NiSe, CCo@NiBO, CCo@NiSe@NiBO和NiBO的CV曲线、GCD曲线和速率性能图；（d~f）CCo@NiSe@NiBO，CCo@NiSe@NiBO 0.5，CCo@NiSe@NiBO 2的CV曲线、GCD曲线和速率性能图；（g~i）CCo@NiSe@NiBO，CC@NiSe，CCo@NiBO以及CCo的极化曲线、10和100 mA cm-2下的过电势和Tafel图。

要点四：机理分析

储能机理分析证实该材料属于以扩散控制为主的混合储能机制。DFT计算结果表明相较于NiSe2和Ni3B2O6，NiSe2/Ni3B2O6异质结构通过界面电子调控显著提升了对氢氧根的吸附能力，进而促进了电化学性能的提升。

图5. （a）CCo@NiSe@NiBO的对数（i）和对数（v）之间的关系；（b）表面控制对电荷存储的贡献CCo@NiSe@NiBO为10 mV s-1；（c）CCo@NiSe@NiBO在不同扫描速率下的表面电容贡献和扩散控制比，（d）表面电荷转移和OH-吸附能分析，（e）OH-在NiSe2、Ni3B2O6和NiSe2-Ni3B2O6。

【文章链接】

“Construction of NiSe2/Ni3B2O6 heterostructures on electrospun carbon nanofibers for high-performance supercapacitor and hydrogen evolution reaction”

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121760

【通讯作者简介】

田地简介：2020年博士毕业于吉林大学化学学院，2021年加入西南林业大学，现为材料与化学工程学院副教授。长期从事静电纺纳米功能材料和生物质基能源材料的研究和开发。以第一作者/通讯作者身份在Advanced Composites and Hybrid Materials、Journal of Colloid and Interface Science、ACS Applied Materials and Interfaces、Materials Today Chemistry、Inorganic Chemistry Frontiers 等学术刊物上发表研究论文20余篇。主持国家自然科学基金地区项目、云南省自然科学青年项目及面上项目。

【第一作者介绍】

李光辉，西南林业大学材料与化工硕士研究生，目前主要从事静电纺功能材料的制备及在超级电容器、电解水制氢及锌离子电池领域研究。