Arrayed Heterostructures of MoS2 Nanosheets Anchored TiN Nanowires as Efficient Pseudocapacitive Anodes for Fiber-Shaped Ammonium-Ion Asymmetric Supercapacitors

材料科学 超级电容器 电容 阳极 异质结 纳米技术 纳米线 化学工程 光电子学 电极 化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Lijie Han,Jie Luo,Rongkang Zhang,Wenbin Gong,Long Chen,Fan Liu,Ying Ling,Yihao Dong,Zhenzhong Yong,Yongyi Zhang,Lei Wei,Xiaogang Zhang,Qichong Zhang,Qingwen Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 14951-14962 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c05905
摘要

Nonmetallic ammonium ions that feature high safety, low molar mass, and small hydrated radius properties have shown great advantages in wearable aqueous supercapacitors. The construction of high-energy-density flexible ammonium-ion asymmetric supercapacitors (AASCs) is promising but still challenging due to the lack of high-capacitance pseudocapacitive anodes. Herein, freestanding core-shell heterostructures supported on carbon nanotube fibers were designed by anchoring MoS2 nanosheets on nanowires (MoS2@TiN/CNTF) as anodes for AASCs. With contributions of abundant active sites and conspicuous synergistic effects of multiple components for arrayed heterostructure engineering, the developed MoS2@TiN/CNTF anodes exhibit a specific capacitance of 1102.5 mF cm-2 at 2 mA cm-2. Theoretical calculations confirm the dramatic enhancement of the binding strength of ammonium ions on the MoS2 shell layer at the heterostructure, where a built-in electric field exists to accelerate the charge transfer. By utilizing a MnO2/CNTF cathode and NH4Cl/poly(vinyl alcohol) (PVA) as a gel electrolyte, quasi-solid-state fiber-shaped AASCs were successfully constructed, achieving a specific capacitance of 351.2 mF cm-2 and an energy density of 195.1 μWh cm-2, outperforming most recently reported fiber-shaped supercapacitors. This work provides a promising strategy to rationally design heterostructure engineering of MoS2@TiN nanoarrays toward advanced anodes for application in next-generation AASCs.
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