Correlation between redox active sites and sodium storage behavior in dye/graphene nanohybrids

石墨烯 电化学 氧化还原 材料科学 假电容 化学工程 无机化学 离子键合 电极 纳米技术 化学 离子 超级电容器 有机化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Hyeok Jun Seo,Haisu Kang,Taewoong Lee,Seongwook Chae,Eunji Kim,Jun Young Lee,Seung Geol Lee
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:587: 152859-152859 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.152859
摘要

Sodium ion batteries (SIBs) have drawn attention for large-scale electrical energy storage owing to the abundant sodium resources and the low fabrication cost. However, the commercialization of SIBs is hindered by the sluggish diffusion and poor structural reversibility of electrode materials originating from the large ionic radius of sodium ions. In this study, organic dye (methylene blue, MB; methyl orange, MO)-based hybrid materials were fabricated via a simple hydrothermal reduction of dye-adsorbed graphene oxide (GO). The MB/rGO nanohybrid (MBG) electrodes showed a reversible capacity of 108 mAh g−1 at a high current density of 1000 mA g−1 after 1000 cycles, while the MO/rGO nanohybrid (MOG) electrodes showed a reversible capacity of 172 mAh g−1 at a mild current density of 50 mA g−1 after 200 cycles. By analyzing the electrochemical kinetics and DFT calculations, we investigated the sodium storage mechanisms of the dye/graphene nanohybrids based on the different redox-active sites. The introduction of N, S-containing heterocyclic moiety derived from the MB contributed surface induced capacitive reactions, while highly reactive azo moieties derived from the MO provided diffusion-controlled faradaic reactions. This work elucidates the correlation between the redox-active sites and the electrochemical characteristics in terms of the sodium storage mechanism, and provides novel insights for designing pseudocapacitive hybrid materials.
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