在高性能纤维基超级电容器中同时实现高能量密度与长期循环稳定性仍面临根本性挑战，这源于电荷存储容量、结构耐久性与快速反应动力学之间的内在权衡关系。本文，浙江理工大学武观 研究员在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“A Kinetics-Tailored Ternary Selenide@Graphene Core–Shell Heterostructured Fibers for High-Performance Wearable Energy Storage and Biosensing”的论文，研究提出一种新型三元金属硒化物（NiCoCuSex），其通过核心-壳层异质结构锚定于还原氧化石墨烯（rGO）纤维上，具有丰富的活性位点、硒化反应诱导的缺陷富集表面以及协同的多金属相互作用。
依托上述特性，该异质结构纤维实现了高效电荷传输、低扩散阻力、有利的OH⁻吸附能学及稳定的多电子转移动力学。由此，NiCoCuSex-rGO电极展现出卓越的面积电容（8482.97 mF cm⁻²）与优异循环稳定性（10000次循环后容量保持率达93.4%）。此外，采用NiCoCuSex-rGO//rGO电极构建的不对称固态超级电容器（ASC）实现了46.88 µWh cm⁻²的高能量密度，成功驱动LED、手表及手机等设备。此外，NiCoCuSex-rGO纤维作为高效非酶式抗坏血酸（AA）传感器，展现出高灵敏度（3.69 mA mM⁻¹ cm⁻²）、宽线性响应范围（0.005–0.1 mM）及低检测限（0.05 mM），可用于监测汗液中的抗坏血酸水平。这项工作为设计高性能多组分金属硒化物提供了创新策略，该材料既适用于储能领域，又适用于可穿戴生物化学传感应用。
图1、Schematic illustration for preparing NiCoCuSex-rGO fiber. a) Schematic illustration showing fabrication process for NiCoCuSex-rGO fiber. b) Schematic diagrams showing the microstructures and superiorities of NiCoCuSex-rGO fiber. c) Diffusion energy barrier diagrams, d) adsorption energy, and e) density of states of rGO, NiCoCu LDH-rGO, and NiCoCuSex-rGO fiber obtained from DFT simulations.
综上所述，通过简便的水热法合成了具有核壳异质结构的NiCoCuSex-rGO纤维。该复合材料呈现出硒化诱导的富缺陷表面、丰富的活性位点以及协同的多金属相互作用，共同赋予其卓越的储能电化学性能。该材料在2 mA cm⁻²电流密度下展现出8482.97 mF cm⁻²的卓越面积电容，经10000次循环后仍保持93.4%的高容量保持率。采用该材料作为正极（NiCoCuSex-rGO）与负极（rGO）组装的非对称超级电容器，在功率密度548 µW cm⁻²下实现46.88 µWh cm⁻²的高能量密度，彰显其高效储能与稳定功率输出特性。此外，该纤维纤维化材料作为汗液传感器检测抗坏血酸时表现出高灵敏度、强抗干扰能力和优异选择性。NiCoCuSex-rGO纤维卓越的多功能性能，不仅彰显其作为不对称超级电容器和可穿戴汗液传感器的潜力，更为开发先进多金属硒化物材料提供了合理有效的设计策略。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202527692
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