【摘 要】
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金属型1T相MoS2(1T-MoS2)纳米片具有大的层间距、高的导电性、良好的亲水性等优势,能够获得更多的赝电容。然而,其储能机制涉及到离子的插层,限制了其在高电流密度时的电容存储,导致1T-MoS2的倍率性能较差。本文采用一步水热法将1T-MoS2纳米片原位生长在高导电性MXene(Ti3C2Tx)表面,成功构建了1T-MoS2/Ti3C2Tx异质结构,实现对1T-MoS2倍率性能的优化,并系统
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金属型1T相MoS2(1T-MoS2)纳米片具有大的层间距、高的导电性、良好的亲水性等优势,能够获得更多的赝电容。然而,其储能机制涉及到离子的插层,限制了其在高电流密度时的电容存储,导致1T-MoS2的倍率性能较差。本文采用一步水热法将1T-MoS2纳米片原位生长在高导电性MXene(Ti3C2Tx)表面,成功构建了1T-MoS2/Ti3C2Tx异质结构,实现对1T-MoS2倍率性能的优化,并系统分析了1T-MoS2/Ti3C2Tx异质结构的物相、晶体结构、微观形貌、元素结合能等表征数据,研究了其超级电容器性能,揭示了异质结构的协同储能机理。此外,为了组装非对称超级电容器器件,我们也成功制备了δ-Mn O2纳米花正极材料,并组装了1T-MoS2/Ti3C2Tx//δ-Mn O2柔性非对称超级电容器,同时系统测试了其电化学性能。论文的主要内容如下:(1)采用水热法制备出两种不同晶体结构的MoS2,即半导体相2H-MoS2和金属相1T-MoS2,将二者用作超级电容器电极材料时,2H-MoS2在1 A g-1下比电容值仅有37.3 F g-1。1T-MoS2大的层间距有利于离子的插层,能够获得更多的插层型赝电容,表现出更高的比电容值,可达到228.8 F g-1(1 A g-1),远高于2H-MoS2。然而,其在20 A g-1高电流密度下比电容值急速下降至70 F g-1,保持率仅为31%,倍率性能很差。(2)为了提高1T-MoS2的倍率性能,采用一步水热法构建了1T-MoS2/Ti3C2Tx异质结构,此异质结构作为超级电容器电极材料时,1T-MoS2和Ti3C2Tx的储能优势可以通过两者协同效应得以实现,高的比电容得益于1T-MoS2组分大的层间距可以产生插层型赝电容,异质结构超高的倍率性能源于Ti3C2Tx超快的电子传递。1T-MoS2/Ti3C2Tx电极在电流密度1 A g-1下,比电容值达到206.3 F g-1,尽管电流密度增加20倍,其电容值仍然保持在150 F g-1,倍率性能高达73%。此外,该异质结构也表现出优异的循环寿命,经过10000圈循环(20 A g-1)后,仍然具有94.4%的电容保持率。因此,1T-MoS2/Ti3C2Tx异质结构出色的性能,为下一步非对称器件的组装提供了性能优异的负极材料。(3)为了进一步组装非对称超级电容器器件,本文采用水热法通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)诱导高锰酸钾分解,制备了正极材料δ-Mn O2纳米花。δ-Mn O2作为电极材料进行超级电容器性能测试时,其电压窗口为0-1 V,比电容值高达205 F g-1(1 A g-1)。最后,本文以1T-MoS2/Ti3C2Tx为负极材料、δ-Mn O2为正极材料、PVA-Na2SO4凝胶为固态电解质成功组装了柔性非对称超级电容器器件,其电压窗口为1.8V,能量密度达到68.8μWh cm-2,将两个器件进行串联,可以成功驱动发光二极管。
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