Hierarchical Spatial Confinement Unlocking the Storage Limit of MoS2 for Flexible High-Energy Supercapacitors

超级电容器 材料科学 极限(数学) 纳米技术 电极 储能 电容 数学 量子力学 物理 数学分析 功率(物理)
作者
Ling Kang,Shude Liu,Zhang Qia,Jianxiong Zou,Jin Ai,Dandi Qiao,Wenda Zhong,Yuxiang Liu,Seong Chan Jun,Yusuke Yamauchi,Jian Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 2149-2161 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c09386
摘要

Molybdenum sulfide (MoS2) is a promising electrode material for supercapacitors; however, its limited Mo/S edge sites and intrinsic inert basal plane give rise to sluggish active electronic states, thus constraining its electrochemical performance. Here we propose a hierarchical confinement strategy to develop ethylene molecule (EG)-intercalated Co-doped sulfur-deficient MoS2 (Co-EG/SV-MoS2) for efficient and durable K-ion storage. Theoretical analyses suggest that the intercalation-confined EG and lattice-confined Co can enhance the interfacial K-ion storage capacity while reducing the K-ion diffusion barrier. Experimentally, the intercalated EG molecules with mildly reducing properties induced the creation of sulfur vacancies, expanded the interlayer spacing, regulated the 2H–1T phase transition, and strengthened the structural grafting between layers, thereby facilitating ion diffusion and ensuring structural durability. Moreover, the Co dopants occupying the initial Mo sites initiated charge transfer, thus activating the basal plane. Consequently, the optimized Co-EG/SV-MoS2 electrode exhibited a substantially improved electrochemical performance. Flexible supercapacitors assembled with Co-EG/SV-MoS2 delivered a notable areal energy density of 0.51 mW h cm–2 at 0.84 mW cm–2 with good flexibility. Furthermore, supercapacitor devices were integrated with a strain sensor to create a self-powered system capable of real-time detection of human joint motion.
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