摘要
超级电容器,作为一类兼具传统电容器快速充放电特性与电池高能量存储能
力的先进储能器件,能量密度虽不及电池,而与常规电容器相比较,其能量密度
提高了数倍。因其功率密度极高,充放电速度快,以及超长寿命的循环性能,在
高频率充放电应用场景中显得尤为重要。MoC作为一种新兴的储能材料,因其
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独有的钼-碳键合结构、良好的电导性和化学稳定性,展现出媲美贵金属催化剂
的电化学活性。然而,碳化钼作为超级电容器电极材料的应用研究较为少见。因
此,本文采用热解法和水热法,对MoC材料进行Cu/S掺杂和结构优化,对其
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电化学性能和储能机制进行深入研究。
利用热解法制备β-MoC材料,再采用水热法,按照不同Mo/S摩尔比进行
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硫掺杂,制备S/MoC超级电容器正极材料,并研究其电化学性能,结果表明,
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Mo/S摩尔比为1:8时,S/MC电极材料电容保持率及循环性能都能取得相对均
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衡的优势。XRD、SEM、TEM和XPS分析表明,发现在MoC表层上形成一层
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纳米MoS2薄膜,引入更多的活性位点。表面结构的优化有利于其综合电化学性
能的有效提高。为了进一步优化Mo2C内部结构,选择Cu/Mo摩尔比为1:10时,
利用热解法制备了综合电化学性能较好的Cu/MoC电极材料。研究结果发现,
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Cu以Cu2+的形式与MoC结合,引入大量缺陷,得到更丰富的活性位点;Cu/MC
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-1-1
电极材料具有较高的比容量(0.5Ag电流密度下比容量为126.3Fg)和不错
的电容保持率(0.5Ag-1下1000次循环保持率为58.1%)。
为了进一步研究Cu/S双掺杂MoC电极材料的电化学性能,首先,采用水
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热法调控铜硫化物的不同化学计量比,制备了CuS、CuS、CuS和CuS四种
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铜硫化物。其电化学性能测试的结果表明,Cu2S的电化学性能较好,因为Cu
离子作为反应的活性位点含量最高。然后,按照最佳性能的S/MC和Cu/MC
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的摩尔比,采用水热法和热解法制备了Cu/S掺杂Mo2C电极材料,其比容量表
现出明显强化(0.5Ag-1-1