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賈恩大學納米與材料科學中心--化學氣相沉積Ni3S2-還原氧化石墨烯雜化物增強電荷儲存能力的實驗和計算研究
       本文采用簡便、重復性好的一步化學氣相沉積(CVD)方法,成功地在鎳泡沫上合成了蟲狀Ni3S2和Ni3S2-RGO雜化物。本文證明了Ni3S2和Ni3S2-RGO雜化物可以直接在儲能裝置的集電器上生長,而不需要使用任何粘合劑,這為該材料的大規模生產提供了前景。本文研究了CVD生長的Ni3S2及其不同濃度RGO雜化物的贗電容儲能性能。0.5mg GO的Ni3S2-RGO雜化物在1mA cm-2的電流密度下顯示出1.4F cm-2的最大面比電容(在1 Ag-1的電流密度下約為1124 Fg-1)。與純Ni3S2相比,Ni3S2-RGO具有更高的超級電容性能,主要是由于其具有高的比表面積和導電性。電化學阻抗光譜分析表明,與純Ni3S2相比,Ni3S2-RGO可增強電荷轉移特性。此外,密度泛函理論(DFT)模擬推斷,C p軌道和Ni d軌道之間的強雜化導致電化學性能和態密度(DOS)的增強,是提高Ni3S2-RGO雜化物電荷存儲性能的關鍵。

Fig. 1. Ni3S2樣品的 (a)低,(b)高倍的FESEM圖。Ni3S2/RGO的(c) 高,(d)低倍FESEM圖。


Fig. 2. (a) Ni3S2和Ni3S2/RGO樣品的XRD圖。(b) Ni3S2/RGO樣品的拉曼光譜,(c) Ni3S2/RGO樣品的XPS圖。(d) Ni,(e) S和(f) C的高分辨率XPS譜。


Fig. 3. Ni3S2/RGO (0.5mg GO)樣品在6M KOH中以不同掃描速率的的(a)CV曲線和(c)CD曲線,(b)樣品在6M KOH中2mVs-1的CV曲線比較,(d)比電容隨電流密度的變化,(e)Ni3S2和Ni3S2/RGO的Nyquist 圖。


Fig. 4. 沿對稱點(左)的Ni3S2帶結構,綠線表示Ni3S2的費米能級和晶體結構。藍色和黃色球體代表鎳(Ni)和硫(S)原子(右)。


Fig. 5. (a)Ni3S2 (下圖)的表面(111)和Ni3S2 (上圖)的RGO+ (111)表面的總密度,不同的費米能級以品紅色虛線表示,(b)Ni3S2 (藍線)的(111)表面和Ni3S2 (綠板)RGO+ (111)表面的量子電容(QC)隨電極電位的變化。


Fig. 6. Ni3S2 (111) +?RGO表面中Ni3S2 (111),Ni3S2 (111)?+?RGO和C原子的部分Ni原子的態密度。 
      相關研究成果于2019年由賈恩大學納米與材料科學中心Chandra Sekhar Rout課題組,發表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.143789 )上。原文:An experimental and computational study of enhanced charge storage capacity of chemical vapor deposited Ni3S2-reduced graphene oxide hybrids

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