1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал неорганической химии
  4. T. 68, № 12, 2023

Журнал неорганической химии, 2023, T. 68, № 12, стр. 1860-1872

Формирование иерархически организованных пленок MoS2 в качестве перспективных электродов гибких суперконденсаторов

Т. Л. Симоненко a, *, Н. П. Симоненко a, А. А. Землянухин a, b, Ф. Ю. Горобцов a, Е. П. Симоненко a, Н. Т. Кузнецов a

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

b Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (государственный университет)
125047 Москва, Миусская пл., 9, Россия

* E-mail: egorova.offver@gmail.com

Поступила в редакцию 27.07.2023
После доработки 19.08.2023
Принята к публикации 26.08.2023

Аннотация

Изучен процесс формирования иерархически организованных пленок MoS2 на поверхности подложек различной природы гидротермальным методом. С помощью рентгенофазового анализа определено влияние условий синтеза и типа подложки (стеклянная подложка и гибкая углеродная бумага) на кристаллическую структуру сульфидных пленок. С применением растровой электронной микроскопии определено, что пленки на стеклянных подложках состоят из структурных элементов разного типа – плотный сплошной слой из сферических наночастиц, на поверхности которого расположены иерархически организованные сферические агломераты двух типов. Установлено, что на поверхности углеродных волокон, из которых состоит углеродная бумага, сформировалась оболочка из дисульфида молибдена толщиной около 1.5 мкм, состоящая из иерархически организованных нанолистов толщиной менее 10 нм. Для оценки однородности сформированной на поверхности углеродной бумаги пленки MoS2 построены карты распределения элементов. С помощью атомно-силовой микроскопии определено, что отдельное модифицированное сульфидной пленкой углеродное волокно характеризуется средней квадратической шероховатостью около 13 нм (на площади около 100 мкм2). По данным кельвин-зондовой силовой микроскопии, значение работы выхода электрона с поверхности материала составило 4.53 эВ. Для полученного гибкого электрода на основе иерархически организованной пленки дисульфида молибдена исследованы электрохимические характеристики. Определена удельная емкость, а также стабильность функциональных и микроструктурных свойств полученного электрода суперконденсатора в течение 2000 циклов заряда–разряда. Таким образом, предложенный подход является перспективным для изготовления эффективных иерархически организованных электродов гибких суперконденсаторов на основе MoS2.

Ключевые слова: дисульфид молибдена, нанолисты, гидротермальный синтез, пленки, иерархические структуры, суперконденсатор, электрод

Список литературы

  1. Sun B., Long Y.-Z., Chen Z.-J. et al. // J. Mater. Chem. C 2014. V. 2. № 7. P. 1209. https://doi.org/10.1039/C3TC31680G

  2. Gillan L., Hiltunen J., Behfar M.H. et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2022. V. 61. P. SE0804. https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac586f

  3. Mohan M., Shetti N.P., Aminabhavi T.M. // Mater. Today Chem. 2023. V. 27. P. 101333. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.101333

  4. Wei S., Zhou R., Wang G. // ACS Omega. 2019. V. 4. № 14. P. 15780. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01058

  5. He X., Zhang X. // J. Energy Storage. 2022. V. 56. P. 106023. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.106023

  6. Thangappan R., Kalaiselvam S., Elayaperumal A. et al. // Dalt. Trans. 2016. V. 45. № 6. P. 2637. https://doi.org/10.1039/C5DT04832J

  7. Riaz A., Sarker M.R., Saad M.H.M. et al. // Sensors. 2021. V. 21. № 15. P. 5041. https://doi.org/10.3390/s21155041

  8. Saraf M., Natarajan K., Mobin S.M. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. № 19. P. 16588. https://doi.org/10.1021/acsami.8b04540

  9. Karade S.S., Dubal D.P., Sankapal B.R. // RSC Adv. 2016. V. 6. № 45. P. 39159. https://doi.org/10.1039/C6RA04441G

  10. Zhang Y.-Z., Wang Y., Cheng T. et al. // Chem. Soc. Rev. 2019. V. 48. № 12. P. 3229. https://doi.org/10.1039/C7CS00819H

  11. Dubal D.P., Kim J.G., Kim Y. et al. // Energy Technol. 2014. V. 2. № 4. P. 325. https://doi.org/10.1002/ente.201300144

  12. Chalangar E., Björk E.M., Pettersson H. // Sci. Rep. 2022. V. 12. № 1. P. 11843. https://doi.org/10.1038/s41598-022-15771-w

  13. Joseph N., Shafi P.M., Bose A.C. // Energy Fuels. 2020. V. 34. № 6. P. 6558. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c00430

  14. Guo C., Pan J., Li H. et al. // J. Mater. Chem. C. 2017. V. 5. № 41. P. 10855. https://doi.org/10.1039/C7TC03749J

  15. Quilty C.D., Housel L.M., Bock D.C. et al. // ACS Appl. Energy Mater. 2019. V. 2. № 10. P. 7635. https://doi.org/10.1021/acsaem.9b01538

  16. Acerce M., Voiry D., Chhowalla M. // Nat. Nanotechnol. 2015. V. 10. № 4. P. 313. https://doi.org/10.1038/nnano.2015.40

  17. Krishnan U., Kaur M., Singh K. et al. // Superlattices Microstruct. 2019. V. 128. P. 274. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.02.005

  18. Gupta D., Chauhan V., Kumar R. // Inorg. Chem. Commun. 2022. V. 144. P. 109848. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109848

  19. Tao J., Chai J., Lu X. et al. // Nanoscale. 2015. V. 7. № 6. P. 2497. https://doi.org/10.1039/C4NR06411A

  20. Taherkhani A., Shahbazi M. // Mater. Today Commun. 2023. V. 34. P. 105092. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.105092

  21. Serpini E., Rota A., Ballestrazzi A. et al. // Surf. Coatings Technol. 2017. V. 319. P. 345. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.04.006

  22. Cho Y.J., Sim Y., Lee J.-H. et al. // Curr. Appl. Phys. 2023. V. 45. P. 99. https://doi.org/10.1016/j.cap.2022.11.008

  23. Seravalli L., Bosi M. // Materials (Basel). 2021. V. 14. № 24. P. 7590. https://doi.org/10.3390/ma14247590

  24. Aspiotis N., Morgan K., März B. et al. // npj 2D Mater. Appl. 2023. V. 7. № 1. P. 18. https://doi.org/10.1038/s41699-023-00379-z

  25. Cho A.-J., Ryu S.H., Yim J.G. et al. // J. Mater. Chem. C. 2022. V. 10. № 18. P. 7031. https://doi.org/10.1039/D2TC01156E

  26. Duraisamy S., Ganguly A., Sharma P.K. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. № 3. P. 2642. https://doi.org/10.1021/acsanm.0c03274

  27. Askari M.B., Kalourazi A.F., Seifi M. et al. // Optik (Stuttg). 2018. V. 174. P. 154. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.08.035

  28. Du H., Liu D., Li M. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 97. P. 79724. https://doi.org/10.1039/C5RA08424E

  29. Li J., Listwan A., Liang J. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 422. P. 130100. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130100

  30. Simonenko T.L., Bocharova V.A., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 4. P. 459. https://doi.org/10.1134/S003602362004018X

  31. Simonenko T.L., Bocharova V.A., Gorobtsov P.Y. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 9. Р. 1304https://doi.org/10.1134/S0036023620090181

  32. Simonenko T.L., Bocharova V.A., Simonenko N.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 12. P. 1779. https://doi.org/10.1134/S0036023621120160

  33. Simonenko T.L., Bocharova V.A., Simonenko N.P. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 11. P. 1633. https://doi.org/10.1134/S0036023621110176

  34. Simonenko T.L., Simonenko N.P., Gorobtsov P.Y. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 15. P. 22401. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.04.252

  35. Zhao W., Liu X., Yang X. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 6. P. 1124. https://doi.org/10.3390/nano10061124

  36. Qiu X., Zhang T., Dai Z. et al. // Ionics (Kiel). 2022. V. 28. № 2. P. 939. https://doi.org/10.1007/s11581-021-04379-1

  37. Fan H., Wu R., Liu H. et al. // J. Mater. Sci. 2018. V. 53. № 14. P. 10302. https://doi.org/10.1007/s10853-018-2266-8

  38. Yan J., Huang Y., Zhang X. et al. // Nano-Micro Lett. 2021. V. 13. № 1. P. 114. https://doi.org/10.1007/s40820-021-00646-y

  39. Chen Y.-L., Tsai C.-H., Chen M.-Y. et al. // Materials (Basel). 2018. V. 11. № 12. P. 2587. https://doi.org/10.3390/ma11122587

  40. Samy O., Zeng S., Birowosuto M.D. et al. // Crystals. 2021. V. 11. № 4. P. 355. https://doi.org/10.3390/cryst11040355

  41. Shakya J., Kumar S., Kanjilal D. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 9576. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09916-5

  42. Zhou P., Song X., Yan X. et al. // Nanotechnology. 2016. V. 27. № 34. P. 344002. https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/34/344002

  43. Priya S., Mandal D., Chowdhury A. et al. // Nanoscale Adv. 2023. V. 5. № 4. P. 1172. https://doi.org/10.1039/D2NA00807F

  44. Ranjan B., Sharma G.K., Kaur D. // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 118. № 22. https://doi.org/10.1063/5.0048272

  45. Ali G.A.M., Thalji M.R., Soh W.C. et al. // J. Solid State Electrochem. 2020. V. 24. № 1. P. 25. https://doi.org/10.1007/s10008-019-04449-5

  46. Chen W., Gu J., Liu Q. et al. // Nat. Nanotechnol. 2022. V. 17. № 2. P. 153. https://doi.org/10.1038/s41565-021-01020-0

  47. Zhou R., Wei S., Liu Y. et al. // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 3980. https://doi.org/10.1038/s41598-019-40672-w

  48. Kumar S., Kumar V., Devi R. et al. // Adv. Mater. Sci. Eng. 2022. V. 2022. P. 1. https://doi.org/10.1155/2022/1288623

  49. Manuraj M., Kavya Nair K.V., Unni K.N.N. et al. // J. Alloys Compd. 2020. V. 819. P. 152963. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152963

  50. Dhas S.D., Maldar P.S., Patil M.D. et al. // Vacuum. 2020. V. 181. P. 109646. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109646

  51. Quan T., Härk E., Xu Y. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 3. P. 3979. https://doi.org/10.1021/acsami.0c19506

  52. Yu X., Du R., Li B. et al. // Appl. Catal. B Environ. 2016. V. 182. P. 504. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2015.09.003

  53. Zhang F., Tang Y., Liu H. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. V. 8. № 7. P. 4691. https://doi.org/10.1021/acsami.5b11705

  54. Tobis M., Sroka S., Frąckowiak E. // Front. Energy Res. 2021. V. 9. https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.647878

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал неорганической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал