Fácil síntesis de NiTe2 - flor de cerezo inc.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 1364 (2023) Citar este artículo

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El diseño de telururos bimetálicos que exhiben excelentes propiedades electroquímicas sigue siendo un gran desafío para los supercondensadores de alto rendimiento. En el presente estudio, el telurio se consolida en CoNi2@rGO por primera vez, para sintetizar nanocompuestos de NiTe2-Co2Te2@rGO utilizando un método hidrotermal fácil. El nanocompuesto NiTe2-Co2Te2@rGO preparado se caracterizó mediante técnicas EDS, TEM, FESEM, Raman, BET, XRD y XPS para probar la transformación estructural. Tras la caracterización electroquímica, NiTe2-Co2Te2@rGO ha presentado numerosos sitios activos y sitios de contacto mejorados con la solución electrolítica durante la reacción farádica. El nanocompuesto preparado revela una capacidad específica de 223,6 mAh g-1 en KOH 1,0 M a 1,0 A g-1. Además, podría conservar una estabilidad del 89,3 % después de 3000 ciclos consecutivos de carga y descarga galvanostática a una densidad de corriente de 1,0 A g−1. El supercapacitor híbrido, fabricado con carbón activado como sitio anódico y NiTe2-Co2Te2@rGO como sitio catódico, presenta una ventana potencial de 1,60 V con una densidad de energía de 51 Wh kg−1 y una densidad de potencia de 800 W kg− 1; este electrodo es capaz de encender dos lámparas LED rojas y una lámpara LED amarilla durante 20 min, que se conectan en paralelo. El presente trabajo abre nuevas vías para el diseño y la fabricación de materiales de electrodos nanocompuestos en el campo de los supercondensadores.

El almacenamiento de energía es muy importante debido al aumento significativo de la población humana. Hoy en día, los combustibles fósiles son la principal fuente de energía estrechamente relacionada con el calentamiento global1,2,3. La presencia de altas cantidades de CO2 en la atmósfera provoca calor en la superficie terrestre4. La evidencia de varios estudios muestra que el CO2 atmosférico ha aumentado al menos un 25% desde principios del siglo XIX. Como resultado, durante los últimos 150 años, la temperatura de la tierra ha aumentado más de 1 oF. Para sobrevivir a la tierra, el uso de energías renovables es esencial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire5. Por lo tanto, las nuevas tecnologías de generación de energía como la solar6, la eólica7 y las pilas de combustible1 requieren dispositivos para almacenar energía.

Las baterías8, las celdas de combustible9 y los supercondensadores10 son los dispositivos de almacenamiento de energía más importantes con alta densidad de energía y potencia, ciclo de vida óptimo y movilidad. Las baterías y los supercondensadores son dos sistemas principales de almacenamiento de energía eléctrica desarrollados a lo largo de los años para dispositivos portátiles y despliegues de redes inteligentes11,12. Los supercondensadores pueden almacenar una gran cantidad de carga en comparación con los condensadores convencionales, entregar energía rápidamente, ofrecer una capacidad de carga rápida, tener una larga vida útil, ofrecer un rendimiento superior a baja temperatura, ser ecológicos y tener costos bajos. Además, a diferencia de las baterías, no explotan incluso si se sobrecargan.

Los materiales de los electrodos y los electrolitos juegan un papel importante para lograr el mejor rendimiento para la comercialización de SC13,14. Afectan los valores específicos de capacitancia, voltaje de operación, densidad de energía y densidad de potencia. Los materiales basados en metales de transición han sido materiales de electrodos prometedores durante mucho tiempo debido a su capacidad de alta tasa, alta capacitancia y bajo costo. Aún así, tienen un área de superficie limitada, una vida útil de ciclos bajos y una conductividad eléctrica deficiente. Por lo tanto, (1) controlar la morfología, (2) componer los materiales del electrodo para generar un efecto sinérgico, (3) dopar el material del elemento al electrodo para mejorar la reactividad redox y (4) la ingeniería de defectos son varios enfoques para superar estas deficiencias15, 16,17.

Recientemente, los calcogenuros de metales de transición han atraído gran atención como materiales de electrodos prometedores para aplicaciones de SC18,19. En particular, los telururos y seleniuros de metales de transición, gracias a su menor electronegatividad y mayor radio atómico que el azufre y el oxígeno, lo que conduce a propiedades químicas, físicas y electroquímicas avanzadas20. Las características principales de estos materiales son ciclos de vida prolongados, alta conductividad eléctrica, alta estabilidad mecánica, pequeña energía de ionización, transporte de electrones suave, área de superficie alta, mejora de las estructuras redox activas y alta capacitancia específica21,22,23,24. Además, el fuerte enlace covalente entre el telurio y el cobalto/níquel aumenta la cantidad de sitios activos y la actividad catalítica eléctrica. Debido a la superposición de los orbitales atómicos del telurio con el cobalto/níquel, el valor reducido de la banda de transferencia de carga da como resultado una mayor propiedad supercapacitiva, flexibilidad y una mayor transferencia de carga25.

Hasta la fecha, se han publicado varios materiales de electrodos para supercondensadores basados en calcogenuros de metales de transición. Por ejemplo, Deshagani et al.26 presentaron el seleniuro dopado con telururo de níquel y lo recubrieron con poli(N-metilpirrol) utilizado para la aplicación de SC, que muestra una capacitancia específica de 404 C g−1, la densidad de energía de 80 Wh kg− 1 y una densidad de potencia de 400 W kg−1 para una configuración asimétrica que significa un efecto sinérgico mejorado del elemento dopante (Se) en el rendimiento del supercondensador. Ye et al. fabricó la estructura jerárquica de núcleo-carcasa en 3D de NiTe@NiCoSe2 como un electrodo positivo en supercondensadores asimétricos, que exhibía una densidad de energía máxima de 59,8 Wh kg−1 y una densidad de potencia de 800 W kg−1. Este dispositivo mostró una estabilidad excepcional después de 10.000 ciclos27. Alegaonkar et al.28 presentaron un método sencillo para preparar telurio-rGO para la aplicación de pseudocapacitores y mostraron 168,44 F g-1 a 1 A g-1 en una configuración asimétrica. Se ha observado que aunque esos estudios muestran un mayor rendimiento en el campo SC, esos materiales sufren condiciones experimentales incontrolables y características de electrodos deficientes. En este documento, aplicamos un método de síntesis hidrotermal sencillo para controlar las características morfológicas y estructurales del nanocompuesto NiTe2-Co2Te2@rGO preparado. Hasta donde sabemos, este es el primer estudio en fabricar nanocompuestos NiTe2-Co2Te2@rGO con el método hidrotermal. Más importante aún, se han implementado la caracterización electroquímica en profundidad y la aplicación práctica de SC.

En este estudio, sintetizamos un NiTe2-Co2Te2 esférico novedoso que creció en el óxido de grafeno reducido para un supercondensador híbrido de alto rendimiento. Primero se sintetizó CoNi2@rGO, luego se introdujo Te en esta estructura por intercambio iónico para obtener NiTe2-Co2Te2@rGO, y se cambió su morfología. El electrodo NiTe2-Co2Te2@rGO revela una capacidad específica de 223,6 mAh g−1 en un KOH 1,0 M a 1,0 A g−1 y todavía retiene el 51,10 % con la densidad de corriente aumentando 10 veces. Además, el NiTe2-Co2Te2@rGO//AC, como supercondensador híbrido, ofrece una densidad de energía máxima de 51 Wh kg−1 a 850 W kg−1. Los resultados de este estudio revelaron que el nanocompuesto NiTe2-Co2Te2@rGO es un material activo prometedor como supercondensador híbrido con un valor aceptable de densidad de energía frente a varios materiales relacionados.

El patrón de difracción de rayos X (XRD) de NiTe2-Co2Te2@rGO (12 h) en la Fig. 1A revela la estructura cristalina y la composición química de este nanocompuesto. Los picos del índice se encuentran en 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), y 88,6 (144), correspondientes a los picos de (Tarjeta JCPDS: 01-089-0504) y (Tarjeta JCPDS: 96-900-8888)29.

(A) espectro XRD y (B–F) espectros de alta resolución de Co 2p, Ni 2p, Te 3d, O 1s y C 1s, respectivamente de NiTe2-Co2Te2@rGO.

El entorno coordinado de los iones metálicos centrales y los estados de valencia se investigaron mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS). La Figura 1B–F demostró la estructura de NiTe2-Co2Te2@rGO (12 h); Aparecieron dos picos principales en el espectro de alta resolución del Ni 2p atribuido a Ni 2p3/2 y Ni 2p1/2, lo que indica la existencia de una valencia mixta de (Ni2+ y Ni3+) y Co 2p3/2 y Co 2p1 Los espectros /2 demostraron dos picos principales que contribuyen a Co2+ y Co3+ en el nanocompuesto. Además, el espectro de Te 2d revela dos picos principales, Te 2d5/2 (577,17) y Te 3d3/2 (586,8), que se atribuyen a Te2−30. Los picos de O 1s a 531,8 y 532,6 eV están asociados con los grupos C=O/C–O y agua/carboxílico, respectivamente. El espectro C 1s muestra picos en 284,5 (enlace C–C), 285,6 (enlace C–O) y 288,6 (enlace C=O) eV en rGO. En consecuencia, se detecta el estado de valencia y composición de NiTe2-Co2Te2@rGO para investigar el mecanismo de almacenamiento de energía.

La morfología de NiTe2-Co2Te2@rGO (12 h) se investigó a través de imágenes de microscopía. Las figuras 2A–F ilustran imágenes de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) de (A–B) rGO, (C–D) CoNi2@rGO y (E–F) NiTe2-Co2Te2@rGO. La imagen GO muestra capas densas con una superficie eficaz para mejorar la rápida difusión de los iones. CoNi2 muestra la morfología de nanocables en nanoláminas rGO con un grosor promedio de aproximadamente 25 nm. El NiTe2-Co2Te2@rGO esférico de CoNi2 se cultivó en nanoláminas de rGO y se distribuyó uniformemente. Además, esta estructura puede proporcionar un área de contacto extensa entre el electrodo y el electrolito debido a que tiene un área de superficie específica grande. Las imágenes TEM (Fig. 2G-H) de NiTe2-Co2Te2@rGO concuerdan bien con las imágenes FE-SEM. Para identificar la composición de NiTe2-Co2Te2@rGO, el EDX y el análisis de mapeo elemental demostraron la existencia de Ni, Co, Te, O y C, y la distribución de elementos es muy uniforme (Fig. S1). Además, la Fig. S1 muestra que los elementos mencionados se distribuyen uniformemente en toda la arquitectura de este compuesto.

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

La estructura electrónica de los materiales GO y NiTe2-Co2Te2@rGO se analizó mediante espectroscopia Raman como se muestra en la Fig. S2A. En ambos espectros, la banda a 1555 cm-1 indica la vibración de tracción de la placa híbrida sp2, denominada banda G, y representa la estructura de grafito. La banda de 1324 cm−1 indica el defecto de las redes cristalinas de átomos de carbono sp3, que se caracteriza por la banda D31. Los espectros Raman de NiTe2-Co2Te2@rGO mostraron un desplazamiento hacia el azul en las bandas G y D en comparación con el espectro GO. Esto puede deberse al aumento del número de defectos en presencia de Te. Otro pico apareció en la región de ~ 980 cm−1 en NiTe2-Co2Te2@rGO debido a la formación de enlaces hidróxido metálico/telururo que confirmaron una buena cristalinidad con una fuerte interacción y una decoración homogénea de sus partículas con láminas de rGO. Además, el ID/IG sugiere el grado grafítico de los materiales de carbono. La relación ID/IG se calculó como 0,78 y 1,0 para GO y NiTe2-Co2Te2@rGO, respectivamente, lo que indicó la generación de más en el compuesto.

La curva de isoterma de adsorción/desorción de N2 y la distribución del tamaño de poro de Barrette-Joyner-Halenda (BJH) de NiTe2-Co2Te2@rGO se ilustraron en la Fig. S2B. Según la forma del bucle de histéresis en la curva, se puede clasificar como tipo H3, lo que indica que los poros tienen forma de hendidura. Además, según los datos de BET y BJH, el área de superficie específica, el tamaño de poro promedio y el volumen de poro total se calculan como 34,49 m2 g−1, 26,6 nm y 0,23 cm3 g−1, respectivamente. De acuerdo con los resultados obtenidos del análisis informado, se puede concluir que NiTe2-Co2Te2@rGO se sintetiza con éxito.

Las propiedades electroquímicas de CoNi2@rGO, que se sintetizaron en diferentes momentos (8, 12 y 16 h), se evaluaron mediante técnicas de CV y GCD en una configuración de tres electrodos en KOH 1,0 M. La figura S3A muestra curvas de CV comparables de CoNi2@rGO a una velocidad de exploración de 20 mV s−1. Los picos redox que aparecen en las curvas CV revelan la naturaleza de pseudocapacitancia de este electrodo32. Como se ilustra, se sintetizó CoNi2@rGO durante 12 h, lo que reveló una mayor densidad de corriente pico redox y el área integrada bajo la curva CV. El segundo paso de síntesis del NiTe2-Co2Te2@rGO obtenido se realizó en varios momentos (8, 12 y 16 h). Las curvas CV de esta estructura muestran la misma tendencia que CoNi2@rGO, además NiTe2-Co2Te2@rGO (12 h) tiene mejor reversibilidad en las mismas condiciones (Fig. S3B). Las curvas GCD correspondientes representan el mismo resultado; cuando se sintetizan durante 12 h, ambas estructuras muestran una mayor capacidad específica a una densidad de corriente de 1 A g−1 (Fig. S3C, D). Por lo tanto, 12 h es el tiempo óptimo para ambos pasos de síntesis debido a que puede haber una mejor superposición de orbitales y una disminución de la brecha de banda de energía.

Para investigar el efecto sinérgico entre Ni, Co y Te en los compuestos de telururos, se comparan las curvas de CV de la espuma de níquel (NF), CoNi2@rGO y NiTe2-Co2Te2@rGO a una velocidad de barrido de 20 mV s−1 en 1,0 M KOH. El NiTe2-Co2Te2@rGO revela un área integrada más grande bajo la curva CV y una densidad de corriente máxima más alta (Fig. 3A). Además, las curvas GCD correspondientes se ilustran en la (Fig. 3B), y The NiTe2-Co2Te2@rGO revela el tiempo de descarga más largo. A continuación, la teluración de CoNi2@rGO muestra el mejor rendimiento de capacidad debido a la mejora del número de sitios activos y la interconexión entre estructuras y se selecciona para una mayor investigación.

Mediciones de rendimiento electroquímico en un sistema de tres electrodos; (A) Curvas CV de NF, CoNi2@rGO y NiTe2-Co2Te2@rGO a una velocidad de exploración de 20 mV s−1, (B) Curvas GCD de los electrodos CoNi2@rGO y NiTe2-Co2Te2@rGO a una corriente densidad de 1 A g−1, (C) curvas CV de NiTe2-Co2Te2@rGO a diferentes velocidades de exploración de 5–100 mV s−1, (D) curvas GCD del electrodo NiTe2-Co2Te2@rGO a varias densidades de corriente, (E) La relevancia de la capacidad específica de los electrodos CoNi2@rGO y NiTe2-Co2Te2@rGO con densidades de corriente, y (F) Ciclo de vida del electrodo NiTe2-Co2Te2@rGO a 10,0 A g−1 en 1,0 M KOH.

La Figura 3C muestra las curvas de CV de NiTe2-Co2Te2@rGO a diferentes velocidades de exploración (5–100 mV s−1) en KOH 1,0 M. A velocidades de exploración más bajas, hay dos picos anódicos distintos, que se atribuyen al Co2+/Co3+ y Los picos de oxidación de Ni2+/Ni3+, pero a velocidades de escaneo más altas, se fusionaron. Además, el pico redox de NiTe2-Co2Te2@rGO se ilustra en estas curvas durante el proceso electroquímico. Al aumentar las velocidades de exploración, el área integrada bajo las curvas CV tiende a ser mayor, pero la forma de las curvas no cambia significativamente. Por lo tanto, se autentificó la reacción farádica reversible de NiTe2:Co2Te2@rGO, y se recomienda la difusión rápida de iones en base a la literatura previa de la siguiente manera30:

La Figura 3D muestra las curvas GCD de NiTe2-Co2Te2@rGO a las diferentes densidades de corriente (1–10 A g−1). La capacidad específica fue de 223,6, 196,6, 154,2, 140,0, 122,5 y 113,8 mAh g-1 a 1, 2, 5, 7, 9 y 10 A g-1, respectivamente. Por lo tanto, las curvas GCD se desplazan gradualmente hacia la izquierda y tienen una forma cuasi simétrica, lo que revela un gran rendimiento de la tasa y una eficiencia coulombiana. El NiTe2-Co2Te2@rGO puede mantener una mayor capacidad de retención del 51,1 % que el 40,3 % del CoNi2@rGO, con una densidad de corriente que aumenta 10 veces. Por lo tanto, difunde iones más rápido que CoNi2@rGO a través del electrolito durante el proceso GCD (Fig. 3E). La estabilidad cíclica es el parámetro característico esencial para investigar el rendimiento de los supercondensadores. La figura 3F muestra la capacidad específica inicial del 89,3 % de NiTe2-Co2Te2@rGO mantenida después de 3000 GCD sucesivos realizados con una densidad de corriente de 10 A g−1 en KOH 1,0 M. El resultado confirma su estabilidad deseable, pero una reducción en la capacidad específica resultó de la destrucción de NCH/PrGO y una pérdida de sus sitios activos. La Tabla S1 muestra que el electrodo NiTe2-Co2Te2@rGO presenta una buena capacidad específica en comparación con los materiales de electrodos relacionados informados recientemente.

Se realizó un análisis de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para estudiar las propiedades resistivas de los materiales de los electrodos. El EIS de NiTe2-Co2Te2@rGO y CoNi2@rGO se probó a 100 kHz–100 mHz en KOH 1,0 M (Fig. 4). En la región de alta frecuencia, el semicírculo parece atribuirse al proceso de transferencia de carga, y la línea vertical en la región de baja frecuencia corresponde a la difusión de los iones en las interfases electrodo/electrolito. El diagrama de Nyquist de NiTe2-Co2Te2@rGO ilustra una pendiente cercana a 90° que revela la movilidad de los iones rápidos entre el electrodo y el electrolito. La curva NiTe2-Co2Te2@rGO se ajustó con el modelo de circuito de Randles mediante el software Z-view y el recuadro de visualización del circuito equivalente correspondiente de la Fig. 4. Todos los parámetros para investigar la difusión de los electrolitos en la superficie del electrodo, incluido W0 (Warburg elemento), CPE-P (exponente de ángulo de fase constante), CPE-T (pseudocapacitancia), Rs (resistencia de solución) y Rct (resistencia de transferencia de carga) se informan en la Tabla 133. W0 se puede dividir en tres componentes: W –R (resistencia óhmica), W–T (constante de tiempo de difusión) y W–P (exponente de fase de Warburg). En consecuencia, el NiTe2-Co2Te2@rGO tiene la menor resistencia a la transferencia de carga debido a la rápida cinética de difusión de iones y la conductividad electrónica. Además, tiene los valores más bajos de WR y WT, lo que ilustra una difusión de iones más corta y una resistencia óhmica más baja. Según estos análisis electroquímicos, el electrodo NiTe2-Co2Te2@rGO presenta un gran rendimiento y puede utilizarse en supercondensadores.

Diagramas de Nyquist de los electrodos CoNi2@rGO y NiTe2-Co2Te2@rGO de 100 kHz a 100 mHz a potencial de circuito abierto (recuadro: circuito equivalente).

El carbón activado se utilizó como electrodo negativo y NiTe2-Co2Te2@rGO como electrodo positivo para fabricar un dispositivo de supercondensador híbrido (HSC) con KOH 1,0 M. La figura 5A muestra las curvas CV de carbón activado y NiTe2-Co2Te2@rGO en un sistema de tres electrodos para evaluar un potencial de trabajo estable de electrodos negativos y positivos a velocidades de exploración de 20 mV s−1. El voltaje de trabajo del dispositivo NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC se estudió con curvas CV y GCD en varias ventanas de voltaje (Fig. 5B, C). Las curvas CV y GCD revelan que el voltaje de trabajo de este dispositivo es de 0 a 1,6 V para mediciones electroquímicas adicionales. Los CV se realizaron a diferentes velocidades de exploración (10–90 mV s−1). La forma del CV confirmó el comportamiento capacitivo tanto de la capacidad de doble capa eléctrica como de la pseudocapacitancia (Fig. 5D). Las curvas GCD del dispositivo HSC se realizaron de 1 a 10 A g−1. La capacidad específica se calculó como 64 mAh g-1 a 1 A g-1, y la retención del dispositivo NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC fue ~ 63 % (41 F g-1) a 10 A g-1 ( Figura 5E). Por lo tanto, la capacidad de alta velocidad revela las propiedades cinéticas rápidas de este dispositivo.

Mediciones de rendimiento electroquímico en un dispositivo HSC: (A) curvas de CV de los electrodos de carbón activado y NiTe2-Co2Te2@rGO a una velocidad de barrido de 20 mV s−1 en un sistema de tres electrodos en KOH 1,0 M, (B) curvas de CV en diferentes ventanas de potencial (0,2–1,6 V) a una velocidad de exploración de 20 mV s−1, (C) curvas GCD en diferentes ventanas de potencial (0,2–1,6 V) a una densidad de corriente de 1,0 A g−1, (D) CV curvas a varias velocidades de exploración (10–90 mV s−1), (E) curvas GCD a diferentes densidades de corriente (1–10 A g−1) y (F) rendimiento cíclico a 10 A g−1 del NiTe2- Dispositivo Co2Te2@rGO HSC.

La estabilidad del dispositivo NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC se probó mediante ciclos GCD de consecuencia a 10 A g−1. La capacidad específica del dispositivo NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC después de 3000 ciclos GCD disminuye aproximadamente ~ 18% de su valor inicial. Como resultado de muchas reacciones redox severas, el dispositivo HSC perdió gradualmente su rendimiento de capacidad después de 3000 ciclos (Fig. 5F). La densidad de energía y la densidad de potencia se obtuvieron a partir de curvas GCD a diferentes densidades de corriente, y la gráfica de Ragone se presenta en la Fig. 6A. El dispositivo HSC fabricado entregó una densidad de energía máxima de 51 W h Kg−1 a una densidad de potencia de 800 W Kg−1. El dispositivo también retuvo la densidad de energía de 32 W h Kg−1 cuando la densidad de potencia aumentó a 8000 W Kg−1. Además, la densidad de energía y la densidad de potencia de este dispositivo en comparación con otros HSC relacionados muestran el gran rendimiento de este dispositivo. Tres dispositivos de montaje conectados en serie podrían encender un LED amarillo y dos rojos (8 mm) en paralelo, y un LED azul (8 mm) durante 20 y 14 min, respectivamente (Fig. 6B).

(A) Gráfico Ragone del dispositivo NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC frente a otros dispositivos basados en Te//AC HSC18,22,34,35,36,37 y (B) Los LED amarillo y dos rojos (8 mm ) conectados en paralelo, y un LED azul (8 mm) encendido por tres dispositivos NiTe2-Co2Te2@rGO//AC HSC.

En primer lugar, GO se sintetizó mediante el método Hummer modificado38. Se agregaron 100 mg de GO a 50 ml de agua DI y se ultrasonicaron durante 1 h para obtener una suspensión uniforme (180 kW). Luego, la suspensión obtenida se centrifugó a una velocidad de 2500 durante 15 min y se separó la solución sobrenadante. Se añadieron 1,6 mmol de Ni(NO3)2·6H2O y 0,8 mmol de Co(NO3)2·6H2O a la solución sobrenadante y se agitó durante 30 min. Posteriormente, a la suspensión se le añadieron 10 mmol de urea como agente reductor, se agitó durante 45 min y se ultrasonicó durante 15 min. La suspensión final se transfirió al autoclave de acero inoxidable revestido de teflón de 100 ml y se mantuvo durante 8, 12 y 16 ha 120 °C. Finalmente, el producto obtenido (CoNi2@rGO) se liofilizó durante 24 h.

En el siguiente paso, se disolvieron 0.7 mmol de K2TeO3 en 60 mL de agua DI y se agregaron 10 mL de monohidrato de hidracina como agente reductor, luego se agitó durante 6 h. Posteriormente, a la solución obtenida se le añadieron 80 mg de CoNi2@rGO y se agitó durante 1 h. Esta suspensión se transfirió al autoclave de acero inoxidable revestido de teflón de 100 ml y se mantuvo durante 8, 12 y 16 ha 120 °C. El Ni1.055Te2-Co2Te2@rGO obtenido se secó en un secador de vacío durante 6 h a 60 °C (Fig. 7).

El procedimiento de síntesis de NiTe2-Co2Te2@rGO.

Los aparatos, las mediciones electroquímicas, el ensamblaje y las mediciones electroquímicas de los supercondensadores híbridos (HSC) se presentan en la Información complementaria.

Este documento presentó el enfoque exitoso para sintetizar NiTe2-Co2Te2 esférico que crece en rGO a partir de CoNi2 a través de métodos hidrotermales de dos pasos mediante el método de intercambio de aniones. La estructura óptima de este material para la aplicación de supercapacitores se eligió sintetizando NiTe2-Co2Te2@rGO y CoNi2@rGO en diferentes tiempos (6, 12 y 18 h), y se seleccionó 12 h como tiempo de reacción. Se utilizaron varios métodos de caracterización, como XRD, XPS, FE-SEM, EDS, mapeo elemental y TEM para revelar las propiedades fisicoquímicas de NiTe2-Co2Te2@rGO. Además, el comportamiento electroquímico de este electrodo fue analizado por CV, GCD y EIS, lo que ilustra que esta estructura expone abundantes sitios activos y las reacciones redox pueden acelerarse, mejorando aún más el efecto de almacenamiento de energía y mejorando la eficiencia del almacenamiento de energía. Además, el supercapacitor híbrido fue ensamblado en NiTe2-Co2Te2@rGO (como electrodo positivo) y AC (como electrodo negativo), resultando en una capacidad específica de 64 mAh g−1 con una alta densidad de energía de 51 W h kg− 1 y densidad de potencia de 800 W kg−1. El excelente rendimiento electroquímico confirma el potencial de NiTe2-Co2Te2@rGO como material activo para HSC para futuros sistemas de almacenamiento de energía en dispositivos electrónicos y vehículos. Finalmente, este trabajo tiene como objetivo mostrar la perspectiva de los telururos de metales de transición para su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía.

Los conjuntos de datos que respaldan las conclusiones de este artículo se incluyen dentro del artículo.

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Descargar referencias

Departamento de Química, Universidad Tecnológica de Isfahan, Isfahan, 84156-83111, Irán

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

Departamento de Química y Bioquímica, Universidad de Arkansas, Fayetteville, AR, 72701, EE. UU.

Ali A. Ensafi

Departamento de Ingeniería Química, Universidad Osmaniye Korkut Ata, Osmaniye, Turquía

Demir musulmán

Centro de Investigación Tubitak Marmara, Instituto de Materiales, Gebze, 41470, Turquía

Demir musulmán

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Correspondencia a Ali A. Ensafi.

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Reimpresiones y permisos

Farshadnia, M., Ensafi, AA, Mousaabadi, KZ et al. Síntesis fácil de nanocompuesto NiTe2-Co2Te2@rGO para supercondensador híbrido de alto rendimiento. Informe científico 13, 1364 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28581-5

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Recibido: 15 noviembre 2022

Aceptado: 20 de enero de 2023

Publicado: 24 enero 2023

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

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