Synergistic Ti3C2 MXene/MoS2 heterostructure: Unlocking ultra-fast, durable, and high-efficiency energy storage for next-generation supercapacitors

超级电容器 异质结 材料科学 储能 光电子学 纳米技术 电容 化学 电极 物理 功率(物理) 量子力学 物理化学
作者
Shalini Shanmuganathi,T. Selvam,D. Durgalakshmi,A. Rajendran,S. Balakumar,R. Ajay Rakkesh
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:126 (10)
标识
DOI:10.1063/5.0252049
摘要

Developing advanced electrode materials with high energy storage capacity, excellent cycling stability, and rapid charge–discharge capabilities is pivotal for next-generation supercapacitors. In this study, we present a stable Ti3C2 MXene/MoS2 heterostructure synthesized via a facile hydrothermal method, and the synergistic interaction between MoS2 and Ti3C2 MXene prevents structural collapse and was found to enhance pseudocapacitive charge storage through reversible redox reactions at Mo-active sites. The heterostructure exhibits an impressive specific capacitance of 679.9 F g−1 at 1 A g−1, attributed to its unique 2D/2D architecture that ensures efficient ion diffusion, rapid charge transfer, and abundant electroactive sites. Furthermore, the material demonstrates outstanding cycling stability, retaining 83.81% of its efficiency and 88.45% of its initial capacitance after 10 000 cycles at 20 A g−1. This work highlights the importance of the structural design of the electrode material for robust durability and high performance. Thus, this work paves the path for the next-generation Ti3C2 MXene/MoS2 heterostructure electrodes, making it a promising candidate for ultra-fast, long-lasting, and high-efficiency hybrid materials for advanced supercapacitor technologies.

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