【摘 要】
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由于对可持续能源的需求不断增长,因此在过去的几十年中,人们一直在致力于储能技术和新能源方面的创新。超级电容器是基于双电层或法拉第电化学过程的能量存储设备,它除了具有高功率密度外,还具有其他优势,例如,操作安全性高,循环寿命长,效率和稳定性高。尽管超级电容器的能量密度比传统的电容器高得多,但由于其每单位重量的能量较低,它们仍落后于可充电电池的能量密度。基于此,合成高比容量,循环寿命长的电极材料已成为
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由于对可持续能源的需求不断增长,因此在过去的几十年中,人们一直在致力于储能技术和新能源方面的创新。超级电容器是基于双电层或法拉第电化学过程的能量存储设备,它除了具有高功率密度外,还具有其他优势,例如,操作安全性高,循环寿命长,效率和稳定性高。尽管超级电容器的能量密度比传统的电容器高得多,但由于其每单位重量的能量较低,它们仍落后于可充电电池的能量密度。基于此,合成高比容量,循环寿命长的电极材料已成为解决这个疑难问题的关键步骤。氢能,作为一种可以高效运转的清洁能源,它的出现已经成为社会发展迫切的需求。通过电解水来制备氢气是当下最常用的途径,能够大量满足对于氢能的需求,因此选择高效的催化剂就势在必行。近年来,过渡族金属硫化物(TMCs)在电化学能量存储和电催化析氢(HER)中引起了越来越多的关注。作为TMCs家族中的重要成员,VS4和VS2具有许多具有吸引力的化学和物理特性,这些特性得益于其独特的晶体结构。因此,这两种材料非常适合在能量存储设备和HER中广泛使用。在这里,通过简便的溶剂热法合成了由纳米片组装而成的具有大量位错结构的VS2纳米花。这种开花式的生长模式可以避免由于较大的表面能而导致纳米片堆叠,并且这些丰富的位错结构可以在VS2纳米花内部提供更多的活性位点和开放框架,从而确保其具有出色的性能。通过对其生长机理的研究表明,生长时间,温度,乙二醇含量,浓度和原料质量比都对样品形貌有一定影响。在三电极体系中,VS2纳米花表现出489 F/g的高比电容,对应的电流密度为0.5 A/g。组装后的对称型超级电容器(两电极体系)拥有122 Wh/kg的出色能量密度,并且具有较高的循环稳定性,在电流密度为6 A/g的情况下,经过3000次充放电,比容量保持率为89.6%。通过一种简单的溶剂热法合成了由生物结构启发的全新海葵状VS 4纳米材料,它是由直径约30-100 nm的纳米棒组成,纳米棒发散状生长,这有利于增加海葵状VS4内部的活性位点。对海葵状VS4的生长机理进行了探索,研究表明,生长时间,温度,浓度和原料质量比都对样品形貌有一定影响,但是,最重要的因素是使用NMP和乙醇作为混合反应溶剂。在三电极和两电极体系中系统地测试了海葵状VS4作为超级电容器电极材料的性能。在三电极中,海葵状VS4在0.4 A/g的电流密度下显示出617 F/g的高比容量。组装后的对称型超级电容器(两电极体系)拥有113.6 Wh/kg的出色能量密度。此外,该器件还具有卓越的循环稳定性,在电流密度为6 A/g的情况下进行了12000次恒电流充放电,容量保持率为93.8%。另外,还研究了两种材料作为HER催化剂的活性。在VS2纳米花作为电催化剂时驱动10 m A/cm的电流密度所需的过电势为60 m V,远高于海葵状VS4(133m V)。对于VS2纳米花,测得的Tafel斜率为43 m V/dec,而海葵状VS4的该值为90 m V/dec。VS2纳米花的HER稳定性也较为优异,经过20 h恒电流电解后,极化曲线几乎没有变化。
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