Holey graphene oxide-templated construction of nano nickel-based metal—organic framework for highly efficient asymmetric supercapacitor

超级电容器 石墨烯 材料科学 电容 电化学 氧化物 化学工程 电极 纳米技术 化学 冶金 工程类 物理化学
作者
Hang Wang,Pengfei Zhao,Xingmao Zhang,Su Zhang,Xiaolong Lu,Zhipeng Qiu,Kang Ren,Zheng Xu,Ru‐Xin Yao,Tong Wei,Zhuangjun Fan
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (10): 9047-9056 被引量:12
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4902-5
摘要

Metal—organic frameworks (MOFs) with redox-active metal sites and controllable crystalline structures make it possible to access the merits of highly-efficient electrode materials in electrochemical energy storage systems. However, most MOFs suffer from low capacitance and poor cycling stability that largely thwart their application. Herein, we present the holey graphene oxide (HGO) template strategy to prepare nano two-dimensional Ni(BDC) with HGO as both template and capping agent (denoted as Ni(BDC)-HGOx, x = 10, 20, 30, and 40 according to the added HGO amount). Structural analyses reveal that HGO can significantly inhibit the Ni(BDC) agglomeration, thus offering a high ion-accessible surface area. Ni(BDC)-HGO30 with well-exposed active sites exhibits a high capacitance of 1,115.6 F·g−1 at 1 A·g−1 in 6 M KOH aqueous, 1.8 times that of bulk Ni(BDC). An asymmetric supercapacitor with Ni(BDC)-HGO30 as a positive electrode and activated carbon as the opposing electrode delivers an energy density of 52.5 W·h·kg−1 and a power density up to 18.0 kW·kg−1, with 92.5% capacitance retention after 10,000 cycles. Galvanostatic intermittent titration technique and in situ electrochemical—Raman measurements were exploited to elucidate the electrochemical behavior of Ni(BDC)-HGO30. These results pave the way for the development of rationally tuned MOF materials for enhancing supercapacitor performances.
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