Synthèse facile de NiTe2 - Fleur de cerisier inc.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1364 (2023) Citer cet article

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La conception de tellurures bimétalliques présentant d'excellentes propriétés électrochimiques reste un défi de taille pour les supercondensateurs hautes performances. Dans la présente étude, le tellure est consolidé sur CoNi2@rGO pour la première fois, pour synthétiser le nanocomposite NiTe2-Co2Te2@rGO en utilisant une méthode hydrothermique facile. Le nanocomposite NiTe2-Co2Te2 @ rGO tel que préparé a été caractérisé par les techniques EDS, TEM, FESEM, Raman, BET, XRD et XPS pour prouver la transformation structurelle. Lors de la caractérisation électrochimique, NiTe2-Co2Te2@rGO a notamment présenté de nombreux sites actifs et des sites de contact améliorés avec la solution d'électrolyte lors de la réaction faradique. Le nanocomposite tel que préparé révèle une capacité spécifique de 223,6 mAh g-1 dans 1,0 M KOH à 1,0 A g-1. En outre, il pourrait conserver une stabilité de 89,3% après 3000 cycles de charge-décharge galvanostatique consécutifs à une densité de courant de 1,0 A g−1. Le supercondensateur hybride, fabriqué avec du charbon actif comme site d'anode, et NiTe2-Co2Te2@rGO comme site de cathode, présente une fenêtre de potentiel de 1,60 V avec une densité d'énergie de 51 Wh kg-1 et une densité de puissance de 800 W kg-1 ; cette électrode est capable d'allumer deux lampes LED rouges et une lampe LED jaune pendant 20 min, connectées en parallèle. Le présent travail ouvre de nouvelles voies pour la conception et la fabrication de matériaux d'électrodes nanocomposites dans le domaine des supercondensateurs.

Le stockage de l'énergie est très important en raison de l'augmentation significative de la population humaine. Aujourd'hui, les combustibles fossiles sont la principale source d'énergie étroitement liée au réchauffement climatique1,2,3. La présence de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère provoque de la chaleur à la surface de la terre4. Les preuves de diverses études montrent que le CO2 atmosphérique a augmenté d'au moins 25 % depuis le début du XIXe siècle. En conséquence, au cours des 150 dernières années, la température de la terre a augmenté de plus de 1 oF. Pour survivre sur Terre, l'utilisation d'énergies renouvelables est essentielle pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et la pollution de l'air5. Par conséquent, les nouvelles technologies de production d'énergie telles que l'énergie solaire6, éolienne7 et les piles à combustible1 nécessitent des dispositifs pour stocker l'énergie.

Les batteries8, les piles à combustible9 et les supercondensateurs10 sont les dispositifs de stockage d'énergie les plus importants avec une densité d'énergie et une puissance élevées, un cycle de vie optimal et une mobilité. Les batteries et les supercondensateurs sont deux principaux systèmes de stockage d'énergie électrique développés au fil des ans pour les appareils portables ainsi que pour les déploiements de réseaux intelligents11,12. Les supercondensateurs peuvent stocker une grande quantité de charge par rapport aux condensateurs conventionnels, fournir de l'énergie rapidement, offrir une capacité de charge rapide, avoir une longue durée de vie, offrir des performances supérieures à basse température, respectueux de l'environnement et avoir de faibles coûts. De plus, contrairement aux batteries, elles n'explosent pas même si elles sont surchargées.

Les matériaux d'électrode et les électrolytes jouent un rôle important dans l'obtention des meilleures performances pour la commercialisation des SC13,14. Ils affectent la capacité spécifique, la tension de fonctionnement, la densité d'énergie et les valeurs de densité de puissance. Les matériaux à base de métaux de transition sont depuis longtemps des matériaux d'électrode prometteurs en raison de leur capacité à haut débit, de leur capacité élevée et de leur faible coût. Pourtant, ils ont une surface limitée, une faible durée de vie et une faible conductivité électrique. Par conséquent, (1) le contrôle de la morphologie, (2) la composition des matériaux d'électrode pour générer un effet synergique, (3) le dopage de l'élément au matériau d'électrode pour améliorer la réactivité redox, et (4) l'ingénierie des défauts sont plusieurs approches pour surmonter ces lacunes15,16,17.

Récemment, les chalcogénures de métaux de transition ont attiré une grande attention en tant que matériaux d'électrode prometteurs pour les applications SCs18,19. En particulier, les tellurures et séléniures de métaux de transition, grâce à une électronégativité plus faible et à un rayon atomique plus grand que le soufre et l'oxygène, qui conduisent à des propriétés chimiques, physiques et électrochimiques avancées20. Les principales caractéristiques de ces matériaux sont une longue durée de vie, une conductivité électrique élevée, une stabilité mécanique élevée, une faible énergie d'ionisation, un transport d'électrons en douceur, une surface élevée, des structures actives redox améliorées et une capacité spécifique élevée21,22,23,24. De plus, la forte liaison covalente entre le tellure et le cobalt/nickel augmente les quantités de sites actifs et l'activité catalytique électrique. En raison du chevauchement orbital atomique du tellure avec le cobalt/nickel, la valeur réduite de la bande de transfert de charge se traduit par une propriété supercapacitive améliorée, une flexibilité et un transfert de charge accru25.

À ce jour, plusieurs matériaux d'électrodes pour supercondensateurs à base de chalcogénures de métaux de transition ont été rapportés. Par exemple, Deshagani et al.26 ont présenté le séléniure dopé au tellurure de nickel et l'ont recouvert de poly(N-méthylpyrrole) utilisé pour l'application SC, qui montre une capacité spécifique de 404 C g-1, la densité d'énergie de 80 Wh kg-1 et la densité de puissance de 400 W kg-1 pour une configuration asymétrique signifiant un effet synergique accru de l'élément dopant (Se) sur les performances du supercondensateur. Ye et al. ont fabriqué la structure noyau-coque hiérarchique 3D de NiTe@NiCoSe2 en tant qu'électrode positive dans des supercondensateurs asymétriques, qui présentaient une densité d'énergie maximale de 59,8 Wh kg-1 et une densité de puissance de 800 W kg-1. Cet appareil a montré une stabilité exceptionnelle après 10 000 cycles27. Alegaonkar et al.28 ont présenté une méthode facile pour préparer le tellure-rGO pour une application de pseudocondensateur et ont montré 168,44 F g−1 à 1 A g−1 dans une configuration asymétrique. Il a été noté que bien que ces études montrent des performances améliorées dans le domaine SC, ces matériaux souffrent de conditions expérimentales incontrôlables et de caractéristiques d'électrode déficientes. Ici, nous avons appliqué une méthode de synthèse hydrothermique facile pour contrôler les caractéristiques morphologiques et structurelles du nanocomposite NiTe2-Co2Te2 @ rGO tel que préparé. À notre connaissance, il s'agit de la première étude visant à fabriquer un nanocomposite NiTe2-Co2Te2@rGO avec la méthode hydrothermale. Plus important encore, une caractérisation électrochimique approfondie et une application pratique du SC ont été mises en œuvre.

Dans cette étude, nous avons synthétisé un nouveau NiTe2-Co2Te2 sphérique développé sur l'oxyde de graphène réduit pour un supercondensateur hybride haute performance. Dans un premier temps, CoNi2@rGO a été synthétisé, puis Te a été introduit dans cette structure par échange d'ions pour obtenir NiTe2-Co2Te2@rGO, et sa morphologie a changé. L'électrode NiTe2-Co2Te2@rGO révèle une capacité spécifique de 223,6 mAh g-1 dans un KOH 1,0 M à 1,0 A g-1 et conserve toujours 51,10 % avec une densité de courant multipliée par 10. De plus, le NiTe2-Co2Te2@rGO//AC, en tant que supercondensateur hybride, délivre une densité d'énergie maximale de 51 Wh kg−1 à 850 W kg−1. Les résultats de cette étude ont révélé que le nanocomposite NiTe2-Co2Te2@rGO est un matériau actif prometteur en tant que supercondensateur hybride avec une valeur acceptable de densité d'énergie par rapport à plusieurs matériaux apparentés.

Le diagramme de diffraction des rayons X (DRX) de NiTe2-Co2Te2 @ rGO (12 h) sur la figure 1A révèle la structure cristalline et la composition chimique de ce nanocomposite. Les pics d'indice sont situés à 2θ = 16,2 (001), 28,2 (100)/(010), 31,6 (101)/(011), 43,15 (012), 46,75 (110), 57 (021), 62,55 (202), 77,3 (211) et 88,6 (144), correspondant aux pics de (Carte JCPDS : 01-089-0504) et (Carte JCPDS : 96-900-8888)29.

(A) spectre XRD et (B–F) spectres haute résolution de Co 2p, Ni 2p, Te 3d, O 1s et C 1s, respectivement de NiTe2-Co2Te2@rGO.

L'environnement coordonné des ions métalliques centraux et les états de valence ont été étudiés par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). La figure 1B–F a prouvé la structure de NiTe2-Co2Te2@rGO (12 h) ; deux pics principaux sont apparus dans le spectre haute résolution du Ni 2p attribué à Ni 2p3/2 et Ni 2p1/2, ce qui indique l'existence d'une valence mixte de (Ni2+ et Ni3+) et les spectres Co 2p3/2 et Co 2p1/2 ont démontré deux pics principaux contribuant au Co2+ et au Co3+ dans le nanocomposite. De plus, le spectre Te 2d révèle deux pics principaux, Te 2d5/2 (577,17) et Te 3d3/2 (586,8), qui sont attribués à Te2−30. Les pics d'O 1s à 531,8 et 532,6 eV sont respectivement associés aux groupes C=O/C–O et eau/carboxylique. Le spectre C 1s montre des pics à 284, 5 (liaison C – C), 285, 6 (liaison C – O) et 288, 6 (liaison C = O) eV dans rGO. Par conséquent, il est détecté l'état de valence et la composition de NiTe2-Co2Te2@rGO pour étudier le mécanisme de stockage d'énergie.

La morphologie de NiTe2-Co2Te2@rGO (12 h) a été étudiée à travers des images de microscopie. La figure 2A–F illustre des images de microscopie électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM) de (A–B) rGO, (C–D) CoNi2@rGO et (E–F) NiTe2-Co2Te2@rGO. L'image GO montre des couches denses avec une surface efficace pour améliorer la diffusion rapide des ions. CoNi2 montre la morphologie des nanofils sur des nanofeuilles de rGO d'une épaisseur moyenne d'environ 25 nm. Les NiTe2-Co2Te2 @ rGO sphériques de CoNi2 ont été cultivés sur des nanofeuilles de rGO et distribués uniformément. De plus, cette structure peut fournir une zone de contact étendue entre l'électrode et l'électrolyte car ayant une grande surface spécifique. Les images TEM (Fig. 2G – H) de NiTe2-Co2Te2 @ rGO sont en bon accord avec les images FE-SEM. Pour identifier la composition du NiTe2-Co2Te2 @ rGO, l'analyse EDX et la cartographie élémentaire ont prouvé l'existence de Ni, Co, Te, O et C, et la distribution des éléments est très uniforme (Fig. S1). De plus, la figure S1 montre que les éléments mentionnés sont uniformément répartis dans toute l'architecture de ce composite.

Images FE-SEM de (A, B) GO, (C, D) CoNi2@rGO et (E–F) NiTe2-Co2Te2@rGO ; et images TEM de NiTe2-Co2Te2@rGO (G, H).

La structure électronique des matériaux GO et NiTe2-Co2Te2 @ rGO a été analysée par spectroscopie Raman, comme illustré à la Fig. S2A. Dans les deux spectres, la bande à 1555 cm-1 indique la vibration en traction de la plaque hybride sp2, notée bande G, et représente la structure du graphite. La bande à 1324 cm-1 indique le défaut des réseaux cristallins d'atomes de carbone sp3, qui est caractérisé par la bande D31. Les spectres Raman de NiTe2-Co2Te2@rGO affichent un décalage vers le bleu dans les bandes G et D par rapport au spectre GO. Cela peut être dû au nombre croissant de défauts en présence de Te. Un autre pic est apparu à ~ 980 cm−1 dans le NiTe2-Co2Te2@rGO en raison de la formation de liaisons hydroxyde métallique/tellurure qui ont confirmé une bonne cristallinité avec une forte interaction et une décoration homogène de ses particules avec des feuilles de rGO. En outre, l'ID/IG suggère le degré graphitique des matériaux carbonés. Le rapport ID/IG a été calculé à 0,78 et 1,0 pour GO et NiTe2-Co2Te2@rGO, respectivement, ce qui indique la génération de plus dans le composite.

La courbe isotherme d'adsorption / désorption N2 et la distribution de la taille des pores Barrette – Joyner – Halenda (BJH) de NiTe2-Co2Te2 @ rGO ont été illustrées à la Fig. S2B. Sur la base de la forme de la boucle d'hystérésis sur la courbe, elle peut être classée dans le type H3, indiquant que les pores sont en forme de fente. De plus, sur la base des données BET et BJH, la surface spécifique, la taille moyenne des pores et le volume total des pores sont respectivement de 34,49 m2 g-1, 26,6 nm et 0,23 cm3 g-1. Selon les résultats obtenus à partir de l'analyse rapportée, on peut conclure que le NiTe2-Co2Te2@rGO est synthétisé avec succès.

Les propriétés électrochimiques de CoNi2 @ rGO, qui ont été synthétisées à différents moments (8, 12 et 16 h), ont été évaluées par des techniques CV et GCD dans une configuration à trois électrodes dans 1, 0 M KOH. La figure S3A affiche des courbes CV comparables de CoNi2 @ rGO à une vitesse de balayage de 20 mV s-1. Les pics redox qui apparaissent dans les courbes CV révèlent la nature de pseudocapacité de cette électrode32. Comme illustré, CoNi2 @ rGO a été synthétisé pendant 12 h, révélant une densité de courant de crête redox plus élevée et la zone intégrée sous la courbe CV. La deuxième étape de synthèse du NiTe2-Co2Te2@rGO obtenu a été réalisée à différents moments (8, 12 et 16 h). Les courbes CV de cette structure montrent la même tendance que CoNi2 @ rGO, en plus NiTe2-Co2Te2 @ rGO (12 h) a une meilleure réversibilité dans les mêmes conditions (Fig. S3B). Les courbes GCD correspondantes dépeignent le même résultat ; lorsqu'elles sont synthétisées pendant 12 h, les deux structures présentent une capacité spécifique plus élevée à une densité de courant de 1 A g −1 (Fig. S3C, D). Par conséquent, 12 h est le temps optimal pour les deux étapes de synthèse en raison d'un meilleur chevauchement orbital et d'une diminution de la bande interdite d'énergie.

Pour étudier l'effet synergique entre Ni, Co et Te dans les composés de tellurures, les courbes CV de la mousse de nickel (NF), CoNi2@rGO et NiTe2-Co2Te2@rGO sont comparées à une vitesse de balayage de 20 mV s−1 dans 1,0 M KOH. Le NiTe2-Co2Te2 @ rGO révèle une plus grande surface intégrée sous la courbe CV et une densité de courant de crête plus élevée (Fig. 3A). De plus, les courbes GCD correspondantes sont illustrées dans (Fig. 3B), et Le NiTe2-Co2Te2@rGO révèle le temps de décharge le plus long. Sur ce, la tellurisation du CoNi2@rGO montre les meilleures performances de capacité en raison de l'augmentation du nombre de sites actifs et de l'interconnexion entre les structures et est sélectionnée pour une enquête plus approfondie.

Mesures de performances électrochimiques dans un système à trois électrodes ; (A) Courbes CV des électrodes NF, CoNi2@rGO et NiTe2-Co2Te2@rGO à une vitesse de balayage de 20 mV s−1, (B) Courbes GCD des électrodes CoNi2@rGO et NiTe2-Co2Te2@rGO à une densité de courant de 1 Ag−1, (C) Courbes CV de NiTe2-Co2Te2@rGO à différentes vitesses de balayage de 5 à 100 m V s−1, (D) Courbes GCD de l'électrode NiTe2-Co2Te2@rGO à différentes densités de courant, (E) Pertinence de la capacité spécifique des électrodes CoNi2@rGO et NiTe2-Co2Te2@rGO avec des densités de courant, et (F) Cycle de vie de l'électrode NiTe2-Co2Te2@rGO à 10,0 A g−1 dans 1,0 M KOH.

La figure 3C représente les courbes CV de NiTe2-Co2Te2@rGO à différentes vitesses de balayage (5 à 100 mV s−1) dans KOH 1,0 M. À des vitesses de balayage inférieures, il existe deux pics anodiques distincts, qui sont attribués aux pics d'oxydation Co2+/Co3+ et Ni2+/Ni3+, mais aux vitesses de balayage plus élevées, ils ont fusionné. De plus, le pic redox de NiTe2-Co2Te2@rGO est illustré dans ces courbes lors du processus électrochimique. En augmentant les taux de balayage, la zone intégrée sous les courbes CV a tendance à être plus grande, mais la forme des courbes n'est pas modifiée de manière significative. Ainsi, la réaction faradique réversible du NiTe2:Co2Te2@rGO a été authentifiée, et la diffusion rapide des ions est recommandée sur la base de la littérature antérieure comme suit30 :

La figure 3D affiche les courbes GCD de NiTe2-Co2Te2@rGO aux différentes densités de courant (1–10 A g−1). La capacité spécifique était de 223,6, 196,6, 154,2, 140,0, 122,5 et 113,8 mAh g−1 à 1, 2, 5, 7, 9 et 10 A g−1, respectivement. Par conséquent, les courbes GCD se déplacent progressivement vers la gauche et ont une forme quasi-symétrique, révélant de grandes performances de débit et une efficacité coulombique. Le NiTe2-Co2Te2@rGO peut conserver une rétention de capacité supérieure de 51,1 % à 40,3 % du CoNi2@rGO, avec une densité de courant multipliée par 10. Par conséquent, il diffuse les ions plus rapidement que CoNi2 @ rGO à travers l'électrolyte pendant le processus GCD (Fig. 3E). La stabilité cyclique est le paramètre caractéristique essentiel pour étudier les performances des supercondensateurs. La figure 3F affiche la capacité spécifique initiale de 89,3 % de NiTe2-Co2Te2@rGO maintenue après 3 000 GCD successifs effectués à une densité de courant de 10 A g-1 dans 1,0 M KOH. Le résultat confirme sa stabilité souhaitable, mais une réduction de la capacité spécifique résulte de la destruction de NCH/PrGO et d'une perte de ses sites actifs. Le tableau S1 montre que l'électrode NiTe2-Co2Te2 @ rGO présente une bonne capacité spécifique par rapport aux matériaux d'électrode associés récemment rapportés.

Une analyse par spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) a été réalisée pour étudier les propriétés résistives des matériaux d'électrode. L'EIS de NiTe2-Co2Te2@rGO et CoNi2@rGO a été testé à 100 kHz-100 mHz dans 1,0 M KOH (Fig. 4). Dans la région des hautes fréquences, le demi-cercle semble être attribué au processus de transfert de charge, et la ligne verticale dans la région des basses fréquences correspond à la diffusion des ions aux interfaces électrode/électrolyte. Le diagramme de Nyquist de NiTe2-Co2Te2@rGO illustre une pente proche de 90° révélant la mobilité des ions rapides entre l'électrode et l'électrolyte. La courbe NiTe2-Co2Te2 @ rGO a été ajustée avec le modèle de circuit de Randles par le logiciel Z-view et l'encart d'affichage de circuit équivalent correspondant de la Fig. 4. Tous les paramètres pour étudier la diffusion des électrolytes sur la surface de l'électrode, y compris W0 (élément de Warburg), CPE-P (exposant d'angle de phase constant), CPE-T (pseudo-capacité), Rs (résistance de solution) et Rct (résistance de transfert de charge) sont rapportés dans le tableau 133 W0 peut être divisé en trois composantes : W–R (résistance ohmique), W–T (constante de temps de diffusion) et W–P (exposant de phase de Warburg). En conséquence, le NiTe2-Co2Te2 @ rGO a la plus faible résistance au transfert de charge en raison de la cinétique de diffusion rapide des ions et de la conductivité électronique. De plus, il a les valeurs WR et WT les plus basses illustrant une diffusion d'ions plus courte et une résistance ohmique plus faibles. D'après ces analyses électrochimiques, l'électrode NiTe2-Co2Te2@rGO présente de grandes performances et peut être utilisée dans des supercondensateurs.

Tracés de Nyquist des électrodes CoNi2@rGO et NiTe2-Co2Te2@rGO de 100 kHz à 100 mHz au potentiel de circuit ouvert (En médaillon : circuit équivalent).

Le charbon actif a été utilisé comme électrode négative et NiTe2-Co2Te2 @ rGO comme électrode positive pour fabriquer un dispositif de supercondensateur hybride (HSC) avec 1,0 M KOH. La figure 5A affiche les courbes CV du charbon actif et du NiTe2-Co2Te2 @ rGO dans un système à trois électrodes pour évaluer un potentiel de travail stable des électrodes négatives et positives à des vitesses de balayage de 20 mV s-1. La tension de fonctionnement du dispositif NiTe2-Co2Te2 @ rGO // AC HSC a été étudiée avec des courbes CV et GCD à différentes fenêtres de tension (Fig. 5B, C). Les courbes CV et GCD révèlent que la tension de fonctionnement de cet appareil est de 0 à 1,6 V pour d'autres mesures électrochimiques. Les CV ont été réalisés à différentes vitesses de balayage (10–90 mV s−1). La forme du CV a confirmé le comportement capacitif de la capacité électrique à double couche et de la pseudocapacité (Fig. 5D). Les courbes GCD du dispositif HSC ont été réalisées à 1 à 10 A g-1. La capacité spécifique a été calculée comme étant de 64 mAh g-1 à 1 A g-1, et la rétention du dispositif NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC était d'environ 63 % (41 F g-1) à 10 A g-1 (Fig. 5E). Par conséquent, la capacité à haut débit révèle les propriétés de cinétique rapide de cet appareil.

Mesures de performances électrochimiques dans un appareil HSC : (A) courbes CV des électrodes de charbon actif et NiTe2-Co2Te2@rGO à une vitesse de balayage de 20 mV s−1 dans un système à trois électrodes dans 1,0 M KOH, (B) courbes CV à différentes fenêtres de potentiel (0,2–1,6 V) à une vitesse de balayage de 20 mV s−1, (C) courbes GCD à différentes fenêtres de potentiel (0,2–1,6 V) à une densité de courant de 1,0 A g−1, (D) courbes CV à différentes vitesses de balayage (10–90 mV s−1), (E) courbes GCD à différentes densités de courant (1–10 A g−1) et (F) performances de cyclage à 10 A g−1 du dispositif NiTe2-Co2Te2@rGO HSC.

La stabilité du dispositif NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC a été testée par des cycles GCD conséquents à 10 A g−1. La capacité spécifique du dispositif NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC après 3000 cycles GCD diminue d'environ ~ 18% de sa valeur initiale. En raison des nombreuses réactions redox sévères, le dispositif HSC a progressivement perdu ses performances de capacité après 3000 cycles (Fig. 5F). La densité d'énergie et la densité de puissance ont été obtenues à partir des courbes GCD à différentes densités de courant, et le tracé de Ragone est présenté sur la figure 6A. Le dispositif HSC fabriqué a fourni une densité d'énergie maximale de 51 Wh Kg-1 à une densité de puissance de 800 W Kg-1. L'appareil a également conservé la densité d'énergie de 32 W h Kg-1 lorsque la densité de puissance a augmenté à 8000 W Kg-1. En outre, la densité d'énergie et la densité de puissance de cet appareil par rapport à d'autres HSC apparentés montrent les excellentes performances de cet appareil. Trois dispositifs d'assemblage connectés en série pourraient être capables d'allumer une LED jaune et deux rouges (8 mm) en parallèle, et une LED bleue (8 mm) pendant 20 et 14 min, respectivement (Fig. 6B).

(A) Tracé Ragone du dispositif NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC par rapport aux autres dispositifs Te-based//AC HSC18,22,34,35,36,37 et (B) Les LED jaune et deux rouges (8 mm) connectées en parallèle, et une LED bleue (8 mm) allumée par trois dispositifs NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC.

Tout d'abord, GO a été synthétisé par la méthode hummer modifiée38. 100 mg de GO ont été ajoutés à 50 mL d'eau DI et passés aux ultrasons pendant 1 h pour obtenir une suspension uniforme (180 kW). Ensuite, la suspension obtenue a été centrifugée à une vitesse de 2500 pendant 15 min, et la solution surnageante a été séparée. 1,6 mmol de Ni(NO3)2.6H2O et 0,8 mmol de Co(NO3)2.6H2O ont été ajoutés à la solution surnageante et agités pendant 30 min. Après cela, 10 mmol d'urée en tant qu'agent réducteur ont été ajoutés à la suspension, et elle a été agitée pendant 45 min et passée aux ultrasons pendant 15 min. La suspension finale a été transférée dans l'autoclave en acier inoxydable revêtu de téflon de 100 ml et conservée pendant 8, 12 et 16 h à 120 °C. Enfin, le produit obtenu (CoNi2@rGO) a été lyophilisé pendant 24 h.

Dans l'étape suivante, 0,7 mmol de K2TeO3 a été dissous dans 60 ml d'eau DI et 10 ml de monohydrate d'hydrazine en tant qu'agent réducteur ont été ajoutés, puis agités pendant 6 h. Ensuite, 80 mg de CoNi2@rGO ont été ajoutés à la solution obtenue et agités pendant 1 h. Cette suspension a été transférée dans l'autoclave en acier inoxydable revêtu de téflon de 100 ml et conservée pendant 8, 12 et 16 h à 120 ° C. Le Ni1.055Te2-Co2Te2@rGO obtenu a été séché dans un séchoir sous vide pendant 6 h à 60 °C (Fig. 7).

La procédure de synthèse de NiTe2-Co2Te2@rGO.

L'appareillage, les mesures électrochimiques, l'assemblage et les mesures électrochimiques des supercondensateurs hybrides (HSC) sont présentés dans les informations supplémentaires.

Cet article a présenté l'approche réussie de la synthèse de NiTe2-Co2Te2 sphérique croissant sur rGO à partir de CoNi2 via des méthodes hydrothermiques en deux étapes par la méthode d'échange d'anions. La structure optimale de ce matériau pour l'application de supercondensateur a été choisie en synthétisant à la fois NiTe2-Co2Te2@rGO et CoNi2@rGO à différents moments (6, 12 et 18 h), et 12 h est choisi comme temps de réaction. Diverses méthodes de caractérisation, telles que XRD, XPS, FE-SEM, EDS, cartographie élémentaire et TEM ont été utilisées pour révéler les propriétés physiochimiques de NiTe2-Co2Te2@rGO. De plus, le comportement électrochimique de cette électrode a été analysé par CV, GCD et EIS, illustrant que cette structure expose des sites actifs abondants et que les réactions redox peuvent être accélérées, améliorant encore l'effet de stockage d'énergie ainsi que l'efficacité du stockage d'énergie. De plus, le supercondensateur hybride a été assemblé sur NiTe2-Co2Te2@rGO (comme électrode positive) et AC (comme électrode négative), résultant en une capacité spécifique de 64 mAh g−1 avec une densité d'énergie élevée de 51 Wh kg−1 et une densité de puissance de 800 W kg−1. L'excellente performance électrochimique confirme le potentiel de NiTe2-Co2Te2@rGO en tant que matériau actif pour les HSC pour les futurs systèmes de stockage d'énergie dans les appareils électroniques et les véhicules. Enfin, ce travail vise à montrer la perspective d'application des tellurures de métaux de transition dans les systèmes de stockage d'énergie.

Les ensembles de données soutenant les conclusions de cet article sont inclus dans l'article.

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Maziar Farshadnia, Ali A. Ensafi, Kimia Zarean Mousaabadi et Behzad Rezaei

Département de chimie et de biochimie, Université de l'Arkansas, Fayetteville, AR, 72701, États-Unis

Ali A. Ensafi

Département de génie chimique, Université Osmaniye Korkut Ata, Osmaniye, Turquie

Demir musulman

Tubitak Marmara Research Center, Material Institute, Gebze, 41470, Turquie

Demir musulman

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Correspondance à Ali A. Ensafi.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Farshadnia, M., Ensafi, AA, Mousaabadi, KZ et al. Synthèse facile du nanocomposite NiTe2-Co2Te2@rGO pour supercondensateur hybride haute performance. Sci Rep 13, 1364 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28581-5

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Reçu : 15 novembre 2022

Accepté : 20 janvier 2023

Publié: 24 janvier 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-28581-5

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