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二硫化钼(MoS2)是一种典型的过渡金属硫化物和赝电容材料,表现出非常多样化的独特属性,成为各学科科研人员的研究焦点。由于纳米结构的MoS2具有独特的晶体结构和电子性能,因此其广泛应用于环境友好型能量存储和转换设备。众所周知,MoS2单层类似于石墨烯,在中性和酸性电解液中,它通过吸附阳离子于电极-电解液界面处存储电荷。由于受限于低电导率和电荷存储机理,MoS2单层超级电容器电极的电化学性能并不能让人满意,因此提高其电导率和拓宽其电荷存储机制成为一个合理的研究方向。金属性MoS2(1T-MoS2)具有亲水性以及高于其相应半导体相(2H-MoS2)107倍的优异电导率,用于超级电容器电极材料,可以获得优异的电化学性能。本文主要针对MoS2纳米片的合成及其在超级电容器电极方面的应用进行了系统研究,通过改变试验方案提高材料的电导率和优化结构,从而获得高的比电容、良好的倍率性能、优异的循环性能以及较高的功率密度和能量密度。研究包括如下几项内容:(1)采用一步水热法制备三层1T相MoS2纳米片自组装成的纳米花,并进行物相和电化学性能的分析。该MoS2纳米花中含有1T相,大大提高了材料的电导率。通过比较在不同酸碱电解液中进行的电化学性能测试,并借助XRD进行深入分析来探究电荷存储机理,发现吸附于MoS2单层的水双层参与电荷存储。在碱性电解液中,每个吸附水分子中的一个质子在充放电过程中能够插入插出于水双层,发生了电池行为。MoS2单层中的每个Mo原子包含两个水分子,水分子的存在赋予MoS2单层超高的比电容。在3 M KOH电解液中,1T-MoS2纳米花电极在0.5 Ag-1的电流密度下的比电容为1120F g-1,且在10 Ag-1的电流密度下循环2,000圈后,MoS2纳米花超级电容器电极的容量保留率达96%。(2)预合成的MoS2纳米花与AC分别作为正负极组装成混合超级电容器(记为MoS2//AC),该设备具有优异的电化学性能。在0.5 Ag-1下的比电容为78.85 Fg-1,且在425 W kg-1功率密度下获得31.64 Wh kg-1的能量密度,可相比于Ni(OH)2基复合电极,同时在2 Ag-1下进行10,000圈的循环充放电,获得95.4%的高容量保留率。因此,该设备有望进行实际应用。(3)通过一步水热法分别制备MoS2-1纳米花和MoS2-2纳米片,然后进行形貌、物相和电化学性能的测试和比较。NaCl的添加,使片状MoS2自组装成花球状MoS2,形成了牢固结构,并且MoS2中1T相的含量也大幅度增加,提高了材料的电导率。同MoS2-2纳米片相比较,MoS2-1纳米花超级电容器电极的电化学性能明显提高,在0.5 Ag-1电流密度下,MoS2-1纳米花和MoS2-2纳米片的比电容分别为1120和380 Fg-1。但二者具有完全相同的CV曲线形状,说明二者的储能机理都是电池行为。相比于MoS2-2纳米片,MoS2-1纳米花性能性能提高的原因,主要是归于NaCl的添加提高了1T相的含量、扩大了层间距以及形成自组装的花球状结构。