Surface-Sulfurized Zn-MOF Grown on Ni-Foam with Various Sulfurizing Agents for Aqueous Hybrid Supercapacitor Device Fabrication

制作 超级电容器 材料科学 水溶液 化学工程 硫脲 比表面积 纳米技术 有机化学 化学 电化学 电极 工程类 病理 物理化学 催化作用 医学 替代医学
作者
R. Balamurugan,A. Chandra Bose
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (3): 974-985 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02341
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) are an emerging material with a high specific surface area, desired morphology, and tunable pore size. However, MOFs suffer due to low electrical conductivity. Transition-metal sulfides are excellent supercapacitor materials because of their large storage capacity and electrical conductivity. To preserve a high surface area and obtain high electrical conductivity, Zn-MOF is directly grown on Ni-foam, and its surface is modified through various sulfurizing agents. The as-fabricated Zn-MOF on Ni-foam exhibits a vertically oriented triangular rod-like morphology. Banana blossom, fiber, and rod-like morphologies are obtained due to the surface etching and surface sulfurization process by sulfurizing agents thioacetamide (TAA), sulfur (S), and thiourea (TU), respectively. The role of iR compensation in cyclic voltammetry analysis with higher mass-loading electrodes is established. The variations in its charge storage mechanism and charge-transfer kinetics corresponding to various sulfurizing agents are examined. Compared to other commonly used sulfurizing agents, TAA-assisted surface-sulfurized Zn-MOF provided excellent charge storage performance. It exhibits a maximum areal capacity of 4484 mC cm–2 (specific capacity of 747.3 C g–1) at a current density of 10 mA cm–2. The as-fabricated aqueous hybrid supercapacitor device exhibits a maximum specific energy of 77.8 W h kg–1 at a specific power of 0.73 kW kg–1, even with a higher mass loading of 12.2 mg. The role and importance of mass loading are described by using an expanded Ragone plot.
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