图4. (A)纯MoS2、CF和MoS2/CF复合材料在20 mV s-1扫描速率下的CV曲线 。 (B)不同扫描速率下的CV曲线和(C) MoS2/CF复合材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线 。 (D) MoS2/CF复合材料在不同扫描速率下的比电容 。 (E-G) MoS2/CF复合材料和纯MoS2的Trasatti图 。 (H)纯MoS2、CF和MoS2/CF复合材料的Nyquist图 。 插图显示等效电路 。 (I) MoS2/CF电极的循环性能 。
所有电极在不同扫描速率下的比电容如图4D所示 。 正如预期的那样 ， 在相同的扫描速率下 ， 与纯MoS2和CF电极相比 ， MoS2/CF电极实现了大大提高的比电容 。 MoS2/CF复合材料在2 mV s-1时显示出310 F g-1的最高值 ， 远高于纯MoS2 (206 F g-1)和裸CF (50 F g-1)电极 ， 并且具有高度可比性使用迄今为止报道的基于MoS2的电极材料（表S1） 。 此外 ， 当扫描速率增加到100 mV s-1时 ， MoS2/CF复合材料仍能保持极好的比电容（206 F g-1）和出色的倍率能力（66.5%） ， 表明优异的倍率能力 ， 明显优于那些最近报道的基于MoS2的负极材料（表S1） 。 与此形成鲜明对比的是 ， 纯MoS2电极仅具有相对较低的比电容（107 F g-1）和令人不满意的倍率性能（51.8%） ， 因为其导电性较差且结构密集 。 MoS2和MoS2/CF复合材料在不同电流密度下的比电容也显示在图S5F中 。 1 A g-1时的比电容为296 F g-1 。 通过区分外（qout）和内（qin）表面的电荷存储 ， 用Trasatti方法研究了纯MoS2和MoS2/CF复合材料的电荷存储机制和电化学活性表面积 。 与整个活性表面相关的总电荷(qtotal)等于qout加qin并且可以通过从q-1与v1/2图（图4E）将q外推到v = 0来获得 ， 而外推q到v = ∞从q与v?1/2图（图4F）产生qout 。 MoS2/CF复合材料和纯MoS2的qtotal分别计算为298和194 C g-1 ， 而MoS2/CF复合材料和纯MoS2的qout分别为215和101 C g-1 。 因此 ， MoS2/CF复合材料的qout对qtotal的贡献计算为72.1% ， 明显高于纯MoS2（47.0% ， 图4G） 。 这主要归因于MoS2纳米片的聚集显着减少、超薄1T-2H面内异质结构和高度暴露的活性位点可用于电解质离子进行电化学反应 ， 这与TEM图像（图2C、D）和氮吸附-解吸测量（图3H） 。 在开路电位下进行电化学阻抗谱(EIS)测量 ， 以研究电极的电荷转移电阻和离子扩散过程 。 图4H、S5E说明了纯MoS2、CF和MoS2/CF复合材料的奈奎斯特图 ， 它们与图4H插图中所示的等效电路非常吻合 。 Rs是内阻 ， 包括电极材料的欧姆电阻、溶液电阻和活性材料与集电器之间的接触电阻 。 Rct是与法拉第反应和双层电容相关的电荷转移电阻 。 Zw是Warburg扩散阻抗 ， 可以表示为Zw = Aw(jω)?0.5 ， 其中Aw是Warburg系数 。 CL是极限电容 。 拟合参数在表S3中给出 。 在高频下 ， MoS2/CF电极的内阻为0.42 Ω ， 略小于纯MoS2 (0.59 Ω) 。 显然 ， 与纯MoS2相比 ， MoS2/CF复合电极在高频区没有观察到明显的半圆 ， 表明电荷转移电阻较小 。 电荷转移电阻降低表明高导电性和快速法拉第氧化还原反应 ， 这有利于提高倍率能力 。 然而 ， CF和MoS2/CF复合材料的Warburg系数比纯MoS2稍大 ， 这可能是由于CF的润湿性差 。 所制备的MoS2/CF复合材料的循环稳定性在200 mV s-1下进行10000次循环测试 。 10000次循环后 ， 比电容可保持其原始值的87.1%左右（图4I） ， 表明循环稳定性极佳 。
考虑到MnO2的宽工作电位和高理论比电容 ， 还设计了一种在CF基板表面同轴生长的MnO2纳米片的集成复合材料作为正极材料来组装ASC器件 。 通过SEM观察MnO2/CF复合材料的形貌 。 许多MnO2纳米片在CF网络上同轴排列 ， 具有丰富的开放空间和多孔结构（图5A） 。 大量尺寸为2.5 nm的MnO2纳米片在纤维的整个纵轴上相互交织 ， 形成核壳结构（图5B） 。 MnO2生长后 ， CF的直径从20 nm增加到100 nm 。 HRTEM图像显示MnO2纳米片呈现出厚度约为2.5 nm的层状结构（图5C） 。 此外 ， 0.24 nm的晶格间距与MnO2 (1 1 0)面的晶格间距很好地匹配（JCPDS No.：42-1317 ， 图5F） 。 EDS线轮廓揭示了Mn、C和O元素的存在 ， 并证实了MnO2层在CF骨架上的均匀涂层以构建核壳结构（图5E） 。 此外 ， SAED图案描绘了MnO2/CF的MnO2纳米片的较差结晶度（图S6） 。
衍射环对应于MnO2 (JCPDS No.: 42-1317)的(2 0 1)、(0 0 3)和(2 0 3)平面 。 通过XRD表征MnO2/CF复合材料的晶相 。 12.6°、36.2°和67.1°的衍射峰可以很好地归属于单斜卤水型MnO2（JCPDS编号：42-）的（0 0 1）、（1 1 0）和（0 2 1）晶面 。 1317 ， 空间群：C2/m（12） ， 图5F） ， 分别 。
图5. MnO2/CF复合材料的形态和相识别 。 (A) SEM和(B-D) TEM图像 。 (E) EDS横截面组成线轮廓 。 (F) XRD图 。 (G) TGA曲线 。 (H I) XPS测量(H)和Mn 2p (I)光谱 。
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