α-MnO2 composite with gold nanoparticles on carbon cloth modified with MOFs-derived porous carbon for flexible and activity-enhanced sodium-ion supercapacitors

假电容 超级电容器 材料科学 电极 活性炭 吸附 复合数 电容 纳米颗粒 碳纤维 化学工程 电化学 比表面积 纳米技术 复合材料 化学 催化作用 物理化学 有机化学 工程类
作者
Hongying Zhao,Kaishuai Yang,Kailan Zhu,Mai Li,Wei Xu,Waqar ul Hasan,Jiale Wang,Qinglin Deng,Jie Yu,Zhi‐Jun Sun,Paul K. Chu
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:969: 172431-172431 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.172431
摘要

Improving the catalytic activity of electrodes in a limited space is crucial to energy storage devices such as supercapacitors. Herein, the surface activity of the flexible electrode (Au-MnO2/CPCN@CC) is enhanced by combining gold particles (AuNPs) modified α-MnO2 with conductive porous carbon nanoflakes (CPCN) derived from the metal-organic framework (MOF) on carbon cloth (CC). The Au-MnO2/CPCN@CC electrode exhibits a higher specific capacity of 503.7 F/g at 0.125 mA/cm2 and retains 87.68% capacity after 10,000 cycles in 1 M Na2SO4, while the structure without AuNPs achieves 242.6 F/g and 61.07% capacity retention after 10,000 cycles. The high stability of Au-MnO2/CPCN@CC stems from the good pseudocapacitance ratio of 83.80% at 1 mV/s compared to 78.43% of MnO2/CPCN@CC and 40.88% of Au/CPCN@CC. The supercapacitor assembled with Au-MnO2/CPCN@CC as the positive electrode and activated carbon (AC) as the negative electrode in 1 M NaPF6 shows an excellent power density of 79.96 W/kg at 71.48 Wh/kg as well as 81.93% capacitance retention after 10,000 cycles. Density-functional theory (DFT) calculations of Au-MnO2/CPCN composite reveal a sodium-ion adsorption energy of 3.744 eV and a large DOS near Fermi level. Hence, Au nanoparticles (AuNPs) and MOFs-derived CPCN lead to enhanced surface electron transport of MnO2 and ultimately superior performance.
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