Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tổng hợp và hiệu suất siêu tụ điện của nanorod Sm3RuO7 và nanocomposite Sm3RuO7/MnO2
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, chúng tôi báo cáo về việc tổng hợp Samarium ruthenate (Sm3RuO7) dưới hình thức nanorod lần đầu tiên bằng phương pháp thủy nhiệt, và nanocomposite Sm3RuO7-MnO2 bằng phương pháp trộn vật lý. Để xác định sự hình thành pha của vật liệu, độ tinh thể và kích thước tinh thể trung bình, phân tích tán sắc tia X bột (PXRD) đã được sử dụng. Các chế độ dao động có trong mẫu đã được xác định bằng quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Quang phổ phát xạ tia X (XPS) được sử dụng để xác định trạng thái oxy hóa và các nguyên tố hóa học có mặt trên bề mặt của các mẫu. Hình thái bề mặt của các mẫu đã được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM). Cùng với các phân tích XRD, bản chất tinh thể của các mẫu và khoảng cách d đã được xác nhận thêm bằng hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) với tán xạ điện tử vùng chọn (SAED). Hành vi điện hóa của các mẫu được kiểm tra bằng các kỹ thuật điện áp chu kỳ và điện áp theo thời gian. Độ điện dung riêng tối đa của Sm3RuO7/MnO2 được xác định bằng phương pháp điện áp chu kỳ là 805 F/g tại tốc độ quét 5 mV/s, cao hơn so với 326 F/g của Sm3RuO7 tinh khiết tại cùng tốc độ quét. Tại mật độ dòng điện 1 A/g, phân tích sạc-xả của Sm3RuO7/MnO2 cho thấy độ điện dung riêng cao là 802 F/g. Động lực học truyền tải điện nhanh chóng của vật liệu đã được thể hiện rõ trong quang phổ điện hóa. Việc kết hợp MnO2 vào Sm3RuO7 đã cung cấp thêm các vị trí bề mặt giao diện, dẫn đến hành vi siêu tụ điện vượt trội của composite Sm3RuO7/MnO2.
Từ khóa
#Samarium ruthenate #nanorod #nanocomposite #supercapacitor #điện hóa #kích thước tinh thể #phân tích PXRD #FTIR #XPS #FESEM #TEM #điện dung riêngTài liệu tham khảo
G. Vignesh, P. Devendran, N. Nallamuthu, S. Sudhahar, M.K. Kumar, N-rGO / NiCo 2 O 4 nanocomposite for high performance supercapacitor applications. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 34, 1–14 (2023). https://doi.org/10.1007/s10854-023-10242-y
V. Shanmugavalli et al., High performance NiCo 2 O 4 / PANI / graphene nanofiber for supercapacitor applications. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 34, 1–12 (2023). https://doi.org/10.1007/s10854-023-10248-6
M. Arunkumar, A. Paul, Importance of electrode preparation methodologies in supercapacitor applications. ACS Omega (2017). https://doi.org/10.1021/acsomega.7b01275
N. Choudhary et al., Asymmetric supercapacitor electrodes and devices. Adv. Mater. (2017). https://doi.org/10.1002/adma.201605336
P. Simon, Y. Gogotsi, P. Simon, Y. Gogotsi, N. Materials, Nat. Mater. (2019). https://doi.org/10.1038/nmat2297
Series, I. O. P. C. & Science, M. Supercapacitor technology and its applications : a review Supercapacitor technology and its applications : a review. (2019) https://doi.org/10.1088/1757-899X/561/1/012105.
C. Soc, G. Wang, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. (2012). https://doi.org/10.1039/c1cs15060j
J. Schenk, P.M. Wilde, E. Abdelmula, P. Axmann, J. Garche, J. Power. Sources 105, 182–188 (2002). https://doi.org/10.1016/S0378-7753(01)00937-5
T.N.V. Raj, P.A. Hoskeri, Facile synthesis of perovskite lanthanum aluminate and its green reduced graphene oxide composite for high performance supercapacitors. J. Electroanal. Chem. 858, 113830 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.113830
C. Dang, T.S. Algarni, A.M. Al-mohaimeed, Carbon (2020). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.081
P.M. Wilde, T.J. Guther, R. Oesten, J. Garche, J. Electroanal. Chem. 461, 154–160 (1999). https://doi.org/10.1016/S0022-0728(98)00179-X
N. Sivakumar, Int. J. Energy Res. (2020). https://doi.org/10.1002/er.6146
M. Isacfranklin et al., Perovskite rare earth porous hollow microspheres of SmFeO3/MWCNT battery type asymmetric hybrid supercapacitors. Electrochim. Acta (2023). https://doi.org/10.1016/J.ELECTACTA.2023.142519
U.V. Gopi, P. Bhojane, K.S. Smaran, Engineering oxygen-deficient nanocomposite comprising LaNiO3-δ and reduced graphene oxide for high-performance pseudocapacitors. J. Energy Storage 54, 105301 (2022). https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105301
P. Phumuen et al., Ball milling modification of perovskite LaNiO3 powders for enhancing electrochemical pseudocapacitor. Surfaces and Interfaces 25, 101282 (2021). https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101282
E. Harputlu, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp (2020). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127787
S. Arunachalam, B. Kirubasankar, D. Pan, H. Liu, C. Yan, ScienceDirect Research progress in rare earths and their composites based electrode materials for supercapacitors. Green Energy Environ. 5, 259–273 (2020). https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.021
S. Liang, H. Wang, Y. Li, H. Qin et al., Sust. Energy Fuels. (2020). https://doi.org/10.1039/D0SE00669F
B.J. Rani, G. Ravi, R. Yuvakkumar, S.I. Hong, Novel SmMn 2 O 5 hollow long nano-cuboids for electrochemical supercapacitor and water splitting applications. Vacuum 166, 279–285 (2019). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.05.029
B. Jansi Rani, M. Gowsalya, G. Ravi, R. Yuvakkumar, S.I. Hong, Mater. Res. Express (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab3333
W.R. Gemmill, M.D. Smith, H. Loye, S. Carolina, Inorganic Chem. (2004). https://doi.org/10.1021/ic049700l
M. Inabayashi, Y. Doi, M. Wakeshima, Y. Hinatsu, J. Solid State Chem. (2017). https://doi.org/10.1016/j.jssc.2017.07.022
Y. Hinatsu, Y. Doi, Structural phase transition and antiferromagnetic transition. J. Solid State Chem. 220, 22–27 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jssc.2014.08.003
S.D. Dhas et al., Synthesis of NiO nanoparticles for supercapacitor application as an efficient electrode material. Vacuum 181, 109646 (2020). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109646
V. Subramanian, S.C. Hall, P.H. Smith, B. Rambabu, Solid State Ionics (2004). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2004.01.070
V. Subramanian, H. Zhu, B. Wei, Nanostructured MnO2: hydrothermal synthesis and electrochemical properties as a supercapacitor electrode material. J. Power. Sources (2006). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.04.012
N.G. Prakash et al., High performance one dimensional α-MoO3 nanorods for supercapacitor applications. Ceram. Int. (2018). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.032
X. Zhang et al., Polydopamine-assisted formation of Co 3 O 4 -nanocube-anchored reduced graphene oxide composite for high-performance supercapacitors. Ceram. Int. 45, 13894–13902 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.04.087
Z. Fan et al., Adv. Funct. Mater. (2011). https://doi.org/10.1002/adfm.201100058
X. Lu et al., Facile synthesis of large-area manganese oxide nanorod arrays as a high-performance electrochemical supercapacitor. Energy Environ. Sci. 4, 2915–2921 (2011). https://doi.org/10.1039/C1EE01338F
Poonam, K. Sharma, A. Arora, S.K. Tripathi, Review of supercapacitors: Materials and devices. J. Energy Storage. (2019). https://doi.org/10.1016/j.est.2019.01.010
P. Kulkarni, S.K. Nataraj, R.G. Balakrishna, D.H. Nagaraju, M.V. Reddy, Nanostructured binary and ternary metal sulfides: synthesis methods and their application in energy conversion and storage devices. J. Mater. Chem. A Mater. energy Sustain. (2017). https://doi.org/10.1039/C7TA07329A
M.A. Mahadadalkar et al., Architecture of the CdIn2S4/graphene nano-heterostructure for solar hydrogen production and anode for lithium ion battery. RSC Adv. 6, 34724–34736 (2016). https://doi.org/10.1039/C6RA02002J
R.A. Davoglio, G. Cabello, J.F. Marco, S.R. Biaggio, Electrochim. Acta (2018). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.12.118
Jaidev, R.I. Jafri, A.K. Mishra, S. Ramaprabhu, Polyaniline-MnO2 nanotube hybrid nanocomposite as supercapacitor electrode material in acidic electrolyte. J. Mater. Chem. (2011). https://doi.org/10.1039/C1JM13191E
M. Rabiei, A. Palevicius, A. Monshi, S. Nasiri, Nanomaterials (2020). https://doi.org/10.3390/nano10091627
K.A. Aly, N.M. Khalil, Y. Algamal, Q.M.A. Saleem, Lattice strain estimation for CoAl2O4 nano particles using Williamson-Hall analysis. J. Alloys Compd. (2016). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.03.213
U.M. Patil, S.B. Kulkarni, V.S. Jamadade, C.D. Lokhande, Chemically synthesized hydrous RuO2 thin films for supercapacitor application. J. Alloys Compd. 509, 1677–1682 (2011)
H. Wang, Z. Lu, D. Qian, Y. Li, Nanotechnology (2007). https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/11/115616
A. Shiralizadeh, M.R. Ganjali, Appl. Surface Sci. (2017). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.021
B.T. Sone, E. Manikandan, A. Gurib-fakim, M. Maaza, Sm 2O3 nanoparticles green synthesis via callistemon viminalis’ extract. J. Alloys Compd. 650, 357–362 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.07.272
E.E. Khawaja, M.A. Salim, M.A. Khan, F.F. Al-Adel, G.D. Khattak, Z. Hussain, XPS, auger, electrical and optical studies of vanadium phosphate glasses doped with nickel oxide. J. non-crystalline solids (1989). https://doi.org/10.1016/0022-3093(89)90179-8
H. Brunckova, M. Kanuchova, H. Kolev, E. Mudra, XPS characterization of Sm Nb O 4 and Sm Ta O 4 precursors prepared by Sol-Gel method. Appl. Surface Sci. (2018). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.12.143
A.S. Dezfuli, M.R. Ganjali, H.R. Naderi, Anchoring samarium oxide nanoparticles on reduced graphene oxide for high-performance supercapacitor. Appl. Surf. Sci. (2017). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.021
Y. Guo, W. Zhang, Y. Sun, M. Dai, Electrochimica acta ruthenium nanoparticles stabilized by mercaptan and acetylene derivatives with supercapacitor application. Electrochim. Acta 270, 284–293 (2018). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.03.037
J. Zhang et al., Template synthesis of tubular ruthenium oxides for supercapacitor applications. J. Phys. Chem. C (2010). https://doi.org/10.1021/jp105146c
D.J. Morgan, Resolving ruthenium : XPS studies of common ruthenium materials. Surf. Interface Anal. (2015). https://doi.org/10.1002/sia.5852
J. Singh, A. Roychoudhury, M. Srivastava, P.R. Solanki, J. Mater. Chem. B (2013). https://doi.org/10.1039/c3tb20690d
P.E. Saranya, S. Selladurai, Efficient electrochemical performance of ZnMn2O4 nanoparticles with rGO nanosheets for electrodes in supercapacitor applications. J. Mater. Sci. Mater. Electron. (2017). https://doi.org/10.1007/s10854-017-8268-5
S. Alonso, A. Palomo, Alkaline activation of metakaolin and calcium hydroxide mixtures : influence of temperature, activator concentration and solids ratio. Mater. Lett. (2001). https://doi.org/10.1016/S0167-577X(00)00212-3
D. Majumdar, T.Z. MaiyalaganJiang, Recent progress in ruthenium oxide-based composites for supercapacitor applications. Chem. Electro. Chem (2019). https://doi.org/10.1002/celc.201900668
S.B. Ubale et al., Electrochemical behavior of hydrothermally synthesized porous groundnuts - like samarium oxide thin films. SN Appl. Sci. (2020). https://doi.org/10.1007/s42452-020-2467-z
T. Wang et al., Facilitated transport channels in carbon nanotube / carbon nano fi ber hierarchical composites decorated with manganese dioxide for fl exible supercapacitors. J. Power. Sources 274, 709–717 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.10.102
Z.M. Riyas, M.R. Prabhu et al., Hydrothermal synthesis of La 2 O 3—ZnO nanocomposites as electrode materials for asymmetric supercapacitor applications. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 34, 1–19 (2023). https://doi.org/10.1007/s10854-023-10988-5
A.I. Inamdar et al., Chemically grown, porous, nickel oxide thin-film for electrochemical supercapacitors. J. Power. Sources 196, 2393–2397 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.09.052
K.S. Elmessiry et al., Free—standing working electrodes for supercapacitors based on composite polymer nanofibers and functionalized with graphene oxide. J. Electron. Mater. 50, 5599–5611 (2021). https://doi.org/10.1007/s11664-021-09120-2
M.M. Vadiyar, S.C. Bhise, S.K. Patil et al., Mechanochemical growth of porous ZnFe2O4 nano-flakes thin film as electrode for supercapacitor application. RSC Adv. (2015). https://doi.org/10.1039/C5RA07588B