顆粒在線訊：銨根離子作為非金屬離子，具有安全性高、摩爾質量低、水合離子半徑小、離子電導率高、資源豐富等特點，在可穿戴水系超級電容器中表現(xiàn)出較大優(yōu)勢。高能量密度柔性銨根離子非對稱超級電容器的應用前景廣闊，但由于缺乏高容量贗電容負極相關研究，發(fā)展高能量密度的銨根離子非對稱超級電容器仍具有挑戰(zhàn)性。近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所等研究人員提出將MoS2@TiN異質結陣列直接生長在碳納米管纖維上（MoS2@TiN/CNTF）,由于該異質結陣列具有豐富的活性位點以及顯著的多組分協(xié)同效應，成功制備出了高性能纖維狀銨根離子贗電容負極。 

　　該研究通過水熱和高溫氮化方法在碳納米管纖維表面合成具有核殼異質結構的MoS2@TiN納米陣列(圖1a-d),其中，具有贗電容特性的MoS2納米片均勻致密的錨定在高導電性TiN納米線陣列表面。DFT模擬計算態(tài)密度(DOS)表明，由于這種獨特的異質結構協(xié)同作用，MoS2和TiN的導電性得到了明顯提升。 

　　研究人員進一步對銨根離子的存儲行為進行了電化學研究（圖2）。相對于單一結構和組分的TiN/CNTF、MoS2/CNTF電極材料，MoS2@TiN/CNTF展現(xiàn)出優(yōu)異的贗電容特性和高的容量(1044.3 mF cm-2, 4 mA cm-2)，這歸功于MoS2@TiN復合材料本身的三維分級結構的協(xié)同效應。理論計算證明，高導電性TiN不僅改善了MoS2對NH4+的結合能力，而且由于NH4+的存在導致了MoS2@TiN異質結構界面處的電荷重新分布而形成內建電場，進一步提高了與NH4+的結合強度。 

　　該研究組裝的基于MoS2@TiN/CNTF的準固態(tài)纖維狀銨根離子非對稱超級電容器（FAASC），表現(xiàn)出良好的機械柔性、電化學可逆性和典型的贗電容特性。在2 mA cm-2電流密度條件下，其比電容和能量密度分別達到了351.2 mF cm-2、195.1 μWh cm-2和2.0 V高的電勢窗口。

　　該工作揭示了自支撐的MoS2@TiN核殼異質結陣列作為柔性FAASC器件負極材料的合理設計，展現(xiàn)出良好的機械柔韌性、高的比容量和寬的電勢窗口，促進了高能密度可穿戴銨根離子非對稱超級電容器的進一步發(fā)展。相關研究成果以Arrayed Heterostructures of MoS2 Nanosheets Anchored TiN Nanowires as Efficient Pseudocapacitive Anodes for Fiber-Shaped Ammonium-Ion Asymmetric Supercapacitors為題發(fā)表在ACS Nano上。 

圖1 MoS2@TiN/CNTF合成及DOS圖

圖2 電極材料電化學性能測試及對NH4+吸附導致電荷重排模擬圖

圖3 FAASC器件電化學性能測試