MoS2纳米花和MoS2/石墨化CNTs纳米复合材料的可控合成及超级电容器应用

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由于石墨烯的成功研究与广泛应用,具有类石墨烯结构的层状二维材料开始引起研究人员的高度重视,其中二硫化钼(MoS2)由于独特的“三明治”夹心结构及物理化学性质成为关注的焦点,并在超级电容器、锂离子电池等储能领域有着广阔应用前景。合成MoS2的方法主要分为物理方和化学法,水热法作为化学方法中最重要方法之一,主要用于合成MoS2纳米片或纳米花,该方法的优点是更易获得产率大纯度高的产物。本文采用水热法合成了大量具有高比表面积的纳米花状MoS2,将其应用于超级电容器时表现出了良好的电化学性能。为了提高MoS2纳米花的导电性和循环稳定性,我们在MoS2纳米花合成基础上加入石墨化碳纳米管(CNTs),制备得到MoS2纳米花与石墨化CNTs的复合物,且通过电化学测试后证明了复合物MoS2/CNTs电阻降低且在循环稳定性方面得到很大的提高。本文主要研究内容及结论如下:(1)MoS2纳米花材料的制备过程及有关超级电容器的电化学测试。首先我们用水热法制备得到直径大约为200nm的α-MoO3纳米带,然后将α-MoO3作为反应源与硫脲进行二次水热法制备,可制备得到MoS2纳米花材料,纳米花的尺寸可以通过改变反应温度来控制。同时我们将合成的纳米花状MoS2作为超级电容器电极材料,经电化学实验测试,发现制备温度为240℃时的样品(MoS2-240)在电压窗口为0~0.65V、电解质溶液为1MKOH、电流密度为2Ag-1时比容量达到932 Fg-1,并且经过1000次充放电测试后比容量还可保持78%。(2)将预先合成的α-MoO3、硫脲及石墨化CNTs在水热条件下复合形成MoS2(nanoflowers)/石墨化CNTs复合物。制备过程中通过改变石墨化碳纳米管的量来控制复合物的形貌。通过电化学实验测试得到当电压窗口为0~0.6V、电解质溶液为1MKOH、电流密度为2Ag-1时,样品MoS2(nanoflowers)/CNTs比的比容量为759 Fg-1,其能量密度为136.6 WhKg-1,功率密度为2698 WKg-1,均高于纯MoS2的能量密度和功率密度,并且在经过2000次充放电测试后比容量还能保持91.7%。
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