嘉泉大学NANO letters：生物碳基MoS2复合材料的简单合成——高性能超级电容器
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第一作者：Hansa Mahajan
通讯作者：Seongjae Cho*
通讯单位：嘉泉大学
论文DOI：10.1021/acs.nanolett.2c02595
全文速览
纳米复合材料的短期能源可保留性和边际稳定性被视为需要克服的障碍。本研究制备了一种利用椰枣果实通过简单的水热方法合成生物碳基MoS2纳米颗粒（Bio-C/MoS2）组成的高性能超级电容器。我们报道了采用热解技术将农业生物废物转化为碳基纳米复合材料的高比电容。生物相容性生物Bio-C/MoS2纳米球在电流密度为 0.5 A g-1 时表现出945 F g-1的高电容，在10000次充电/放电循环后具有92%的稳定性。
背景介绍
实现本世纪的可持续能源目标需要开发符合绿色标准的先进储能技术。近年来，超级电容器因其优异的功率密度、循环寿命、稳定性和环境安全性而引起了研究兴趣。
二硫化钼（MoS2）在赝电容器中具有很大潜力，因为Mo的氧化态范围为+2至+6。MoS2的理论电容可达 1403 F g-1。然而，由于结晶度和有限的电导率，获得这种理论电容具有挑战性。此外，电解液的长期循环稳定性和较强的倍率能力是纯MoS2材料的主要问题。
具有还原氧化石墨烯（RGO）、碳纤维和生物质等碳基材料的TMO复合材料，由于成本低、易于接近、可生物降解和碳成分的孔隙率，是超级电容器电极的绝佳候选者。众所周知，碳基材料以增加导电性而闻名，同时还能提供结构支撑以防止金属氧化物团聚。
本研究以椰枣果皮和种子为原料，采用简单的水热法合成了Bio-C/MoS2纳米颗粒。分层枣皮含有具有基本活性位点的多孔碳，生物碳比石墨烯片材具有优势。裸露的MoS2纳米球（30nm）在碳配合物上成核，在不干扰皱巴巴的碳纤维的情况下产生均匀的尺寸。我们的方法为将废物转化为精确的纳米颗粒提供了一条新途径，并且不会产生二次垃圾。
图文导读
根据EIS分析结果，Bio-C/MoS2复合材料具有比Bio-C和MoS2纳米球更高的电荷转移能力。
在MoS2的CV曲线中可以观察到明确的氧化还原曲线，这表示由可逆法拉第反应的存在引起的典型赝电容性能。Bio-C电极的CV曲线呈现近矩形结构，没有任何明显的氧化还原峰，这是双电层充电/放电的典型特征。由于电解质离子快速扩散到复合电极中，Bio-C/MoS2复合材料的典型 CV 分析显示出高电容行为，氧化还原峰显著高于MoS2电极，体现了生物碳在实现快速电子传输方面的重要性。
总结与展望
我们采用一步法水热技术，从天然枣皮和种子中生产生物碳/二硫化钼复合材料。采用简单的热解程序从低成本和环保的枣子种子中制造生物碳纤维（Bio-C）。Bio-C/MoS2复合材料具有纳米球形状，可提供较大的电活性位点，并且高度多孔的通道结构允许离子在电解质中扩散。在 0.5 A g -1 的电流密度下，MoS2纳米球、Bio-C 和 Bio-C/MoS2复合电极分别约为 235、575 和 945 F g -1，循环 10000 次后电荷损失仅为 5%。采用这种Bio-C/MoS2纳米结构的全固态对称超级电容器的最大能量密度为 157.9 Wh kg-1，经过10000次循环，具有90%容量保持率的出色循环稳定性。本研究介绍了一种将废料转化为储能应用的方法。
文献链接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02595
2022-12-03
2022-12-02
2022-12-01
2022-11-30
2022-11-29
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