CES 铈基金属有机骨架衍生复合材料与还原氧化石墨烯作为高效超级电容器电极( 四 ) 纳米|电化学

3.6.透射电子显微镜– (TEM)
进行TEM分析以找出纳米复合材料的纳米颗粒的分析表征。在CeO2/rGO/CeS2纳米复合材料的情况下， TEM图像除了在整个颗粒结构中分布均匀外，还表明颗粒的尺寸很小。图9表示CeO2/rGO/CeS2纳米颗粒在BTC框架上的均匀分布。中心的黑点代表硫化物和氧化物颗粒，而可以看到沿复合材料边界分布的rGO 。图中的明暗条纹称为晶格条纹，它们代表原子列之间的隧道，因此它们也代表原子间距。浅色条纹代表原子之间的隧道，而深色条纹代表原子。
图9. (ab) CeO2/rGO/CeS2纳米复合材料在20 nm和10 nm处的TEM图像。
3.7. X射线光电子能谱
进行XPS分析以确认CeO2/rGO/CeS2纳米复合材料的元素组成。图10（a）表示在XPS测量的帮助下对CeO2/rGO/CeS2复合材料的详细调查分析。该图表示存在四种元素，包括碳(C1s)、铈(Ce3d)、氧(O1s)和硫(S2p) ，表明CeO2/rGO/CeS2纳米复合材料的元素组成。 Ce3d的光谱代表在882.09和901.2处的两个特征峰，证实了Ce+3和Ce+4氧化态的存在。 S2p的光谱在169.03和163.4处出现两个峰，证实了硫化物的存在。类似地， O1s在529.2和531.8处代表两个不同的峰，表明存在氧化物。最后， C1s代表了284.15处的一个特定峰，证实了碳或rGO的存在。
图10.（a）CeO2/rGO/CeS2复合材料的XPS测量，（b）Ce3d的XPS光谱，（c）S2p的XPS光谱，（d）C1s的XPS光谱，（e）O1s的XPS光谱。
3.8.电化学表征
电化学表征是通过循环伏安分析(CV)、计时电位技术(CP)和电化学阻抗谱(EIS)在由3 M KOH制成的电解质中完成的。在0-0.5 V的电位范围内，在10 mVs-1到100 mVs-1的范围内以各种扫描速率检查CV曲线，图11（a-c）。通过提高扫描速率值，提高了CV曲线的峰值，这代表了电极的准可逆性质。这种趋势可归因于硫化物离子和电解质之间的快速阴离子交换和快速电子转移。氧化还原峰而不是矩形峰是指硫基复合电极的法拉第赝电容性质。为了计算复合电极的比电容，使用以下公式：Cm=∫IdV2mvΔV
图11.不同扫描速率下的CV分析(a) CeO2/rGO (b) CeO2/rGO/CeS2 (c) CeO2/rGO和CeO2/rGO/CeS2的CV曲线比较(d)扫描速率与比值CeO2/rGO和CeO2/rGO/CeS2的电容。
该特定方程用于三电极配置，以通过CV分析确定特定电容。 CeO2/rGO/CeS2纳米复合电极的最大计算比电容在10mVs-1的扫描速率下计算为720 Fg-1 。另一方面， CeO2/rGO复合材料的最高比电容在10 mVs-1下计算为568 Fg-1 。比电容的差异归因于CeO2/rGO/CeS2纳米复合材料更大的表面积、介孔结构和降低的结晶度。图11(d)表示在10 mVs-1到100 mVs-1范围内不同扫描速率下的比电容。从图和表2可以清楚地看出，如果提高扫描速率，则比电容会下降。这种在高扫描速率下比电容的降低可以通过两个条件来合理化，这两个条件涉及在较低扫描速率下离子的较低水平的电阻和动能，因为在这些条件下，离子有更多的时间与电极表面相互作用。然后，更高的扫描速率允许离子在最短的时间内与电极表面混合，因为离子的动能得到提高，这会产生相对更大的电阻，从而降低比电容值。
表2.扫描速率与CeO2/rGO和CeO2/rGO/CeS2的比电容。

Scan Rate (mVs?1)	Specific Capacitance (Fg?1)
	CeO2/rGO	CeO2/rGO/CeS2
10	568	720
20	440	640
50	320	480
80	300	418
100	280	376

通过计时电位法分析组装电极的充放电特性。图12(a-c)表示两个复合电极在最大使用电压值为0.5 V时的电流充电/放电(GCD)曲线。 GCD曲线代表非三角形形状，在大约0.2 V和0.3 V处具有平台V ，分别显示由于法拉第反应引起的电极赝电容行为的存在。从图中还可以看出，随着CeS2的加入，复合材料的整体电导率增加，导致高比能量和比功率，这是使用以下方程从比电容得出的结论：E=12Cm(ΔV) 23.6P=EΔt×3600
图12. (a) CeO2/rGO、(b) CeO2/rGO/CeS2、(c) CeO2/rGO和CeO2/rGO/CeS2的GCD曲线比较。
这里， Cm是比电容（Fg-1）， E是能量密度（Whkg-1）， P代表功率密度（Wkg-1），而Δt是放电时间，以秒（s）表示。计算出的最大能量和功率密度分别为23.5 Whkg-1和2917.5 Wkg-1 。
此外，为了检查CeO2/rGO/CeS2复合电极的循环稳定性和耐久性，在100 mVs-1扫描速率下进行循环稳定性分析，连续循环高达3000 。图13表明CeO2/ rGO/CeS2纳米复合材料随着循环次数的增加而增加，直至约2600次循环，然后在3000次循环时显示出一致的下降趋势。这种现象提出了这样一个概念：CeO2/rGO/CeS2纳米复合材料显示出稳定性增加到一定限度的趋势，然后观察到一致的下降趋势，这表明材料的电化学循环稳定性。比电容的最大值是在~2600次循环后获得的，即428.6 Fg-1 。制备的纳米复合材料优异的电化学活性可归因于纳米复合材料优异的循环稳定性。图13假定纳米复合材料的优异电化学能力可以归因于CeS2的良好导电性，因为它为电子在电解质离子和电极表面之间的移动提供了平滑的轨迹。此外，随着循环次数的增加，电解质渗透到表面后进行了CeO2的活化，这增强了体电子转移并为电极提供了所需的稳定性。