Reconfiguring the Electronic Structure of Heteroatom Doped Carbon Supported Bimetallic Oxide@Metal Sulfide Core–Shell Heterostructure via In Situ Nb Incorporation toward Extrinsic Pseudocapacitor

材料科学 杂原子 石墨烯 假电容器 超级电容器 氧化物 阳极 电化学 化学工程 纳米技术 电极 化学 物理化学 有机化学 戒指(化学) 冶金 工程类
作者
Amar M. Patil,Sunil Moon,Youngho Seo,Sanjib Baran Roy,Arti A. Jadhav,Deepak P. Dubal,Keonwook Kang,Seong Chan Jun
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (5) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202205491
摘要

High-energy-density battery-type materials have sparked considerable interest as supercapacitors electrode; however, their sluggish charge kinetics limits utilization of redox-active sites, resulting in poor electrochemical performance. Here, the unique core-shell architecture of metal organic framework derived N-S codoped carbon@Cox Sy micropetals decorated with Nb-incorporated cobalt molybdate nanosheets (Nb-CMO4 @Cx Sy NC) is demonstrated. Coordination bonding across interfaces and π-π stacking interactions between CMO4 @Cx Sy and N and, S-C can prevent volume expansion during cycling. Density functional theory analysis reveals that the excellent interlayer and the interparticle conductivity imparted by Nb doping in heteroatoms synergistically alter the electronic states and offer more accessible species, leading to increased electrical conductivity with lower band gaps. Consequently, the optimized electrode has a high specific capacity of 276.3 mAh g-1 at 1 A g-1 and retains 98.7% of its capacity after 10 000 charge-discharge cycles. A flexible quasi-solid-state SC with a layer-by-layer deposited reduced graphene oxide /Ti3 C2 TX anode achieves a specific energy of 75.5 Wh kg-1 (volumetric energy of 1.58 mWh cm-3 ) at a specific power of 1.875 kWh kg-1 with 96.2% capacity retention over 10 000 charge-discharge cycles.
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