Core–shell reduced graphene oxide/MnO @carbon hollow nanospheres for high performance supercapacitor electrodes

石墨烯 超级电容器 氧化物 材料科学 电化学 电极 化学工程 电解质 电容 碳纤维 纳米技术 复合数 化学 复合材料 冶金 物理化学 工程类
作者
Mingxian Liu,Mengchen Shi,Wenjing Lu,Dazhang Zhu,Liangchun Li,Lihua Gan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:313: 518-526 被引量:146
标识
DOI:10.1016/j.cej.2016.12.091
摘要

We demonstrate a novel and efficient approach to fabricate reduced graphene oxide (RGO)/MnOx@carbon hollow nanospheres (HCNs) nanohybrids for high performance supercapacitor application. Mn2+ ions can bind with negatively charged O atoms on graphene oxide (GO) via electrostatic forces to generate RGO/MnOx (x ⩽ 2) under hydrothermal condition. This process was utilized to grow MnOx layers on the surfaces of RGO, and the RGO/MnOx was encapsulated within the outer carbon shell to obtain RGO/MnOx@HCNs. RGO/MnOx@HCNs have a regular hollow structure with uniform outer shells (∼10 nm) and inner spherical pores (∼150 nm), high surface areas (493–668 m2 g−1), and high contents of MnO2 (12.2–19.6 wt%). As-designed ternary core–shell 3D nanoarchitecture prevents the leaching of loaded manganese oxides and avoids the aggregation of RGO within the carbon shell, which effectively guarantees the electrochemical activity of each electroactive components. Consequently, a typical RGO/MnOx@HCNs as a supercapacitor electrode exhibits a high specific capacitance (355 and 270 F g−1 in a three-electrode and two-electrode system at 1.0 A g−1, respectively) in 6 M KOH electrolyte. Besides, the electrode shows a high rate charge–discharge capability (20.0 A g−1), and good electrochemical stability (88% capacitance retention after 5000 cycles at 0.5 A g−1). The results suggest that the core–shell RGO/MnOx@HCNs nanostructures provide promising prospects for electrochemical energy storage applications.

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