揭示了一种无需粘合剂、层次结构相互连接的MoS2纳米片与Co9S8纳米片组成的纳米杂化架构体系。该体系通过原位阴离子交换技术对其对应的氧原子进行改性，从而实现了先进超级电容器的开发

《Journal of Alloys and Compounds》：Unveiling binder-free hierarchically interlinked MoS 2 nanosheet integrated Co 9S 8 nanosheet in a nanohybrid architecture framework coupled with in-situ anion exchange engineering from its corresponding oxygen counterparts for advanced supercapacitor

纳米杂化材料 MoS?/Co?S? 通过阴离子交换策略与多级 hierarchal 架构设计，显著提升超级电容器比电容（~1325 F/g@1 A/g）、功率密度（19.06 kW/kg）及循环稳定性（91.7%@12,000 cycles），并实现能量密度 ~76.73 Wh/kg。

　　

摘要

设计具有精细层次结构框架和组件的混合纳米架构材料，是满足超级电容器（SCs）高性能要求的一种非常有效的方法。本文提出了一种简单且经济的阴离子交换策略，用于定制一种独特的多面体过渡金属硫属化合物MoS₂与Co₉S₈（CMS）纳米混合层次结构，该结构生长在多孔Ni泡沫基底上，可作为超级电容器的独立电极。研究探讨了阴离子交换过程对电化学性能的影响，结果显示在多种指标上都有显著提升。CMS纳米混合材料表现出层次结构，并具有出色的内在导电性，这些特性共同提高了其电化学性能和离子/电荷传输效率。这种改进归因于组分的协同效应，它们促进了更有效的电化学反应，并减轻了充放电过程中的体积膨胀。有趣的是，CMS纳米混合电极在1 A g^?1的电流密度下表现出约1325 F g^?1的特定电容，以及在20 A/g下的约63.6%的倍率性能，显著优于传统的混合金属氧化物电极。此外，由CMS和活性炭组成的混合超级电容器在1 A g^?1的电流密度下实现了约246 F g^?1的特定电容，最大能量密度约为76.73 Wh kg^?1，功率密度约为19.06 kW kg^?1，并且在12,000次循环后仍保持约91.7%的循环稳定性。因此，这项工作为集成先进的双金属硫属化合物以提高能量存储性能提供了框架。

引言

便携式设备和电动汽车的技术进步正在迅速改变消费者需求，特别是对快速充电设备的需求[1]、[2]。因此，开发高效、可持续且环保的能量存储设备变得至关重要[3]。超级电容器（SCs）由于其快速的充放电速率、长寿命、高功率密度和低环境影响而具有巨大的未来能量存储潜力[4]、[5]、[6]。然而，SCs的能量密度有限，这一直是能量存储领域进展的主要障碍[7]。一般来说，能量密度的提高取决于两个关键因素：(i) 提高特定电容（C）和 (ii) 扩大电压窗口（V）。这可以通过已建立的公式E = 1/2CV²来实现[8]、[9]。SCs的电化学性能受到电极材料选择的显著影响，这些材料应同时提高能量密度和整体性能以满足能量需求[10]。SCs的活性与其电活性材料的物理化学性质密切相关，如孔隙率、稳定性和导电性[11]。因此，优化具有高特定电容的电极材料对于提高SCs的电化学性能至关重要。

与氧化物相比，过渡金属硫化物（TMSs）由于其高密度的氧化还原活性位点和优异的导电性，成为有前景的SCs电极材料[12]、[13]、[14]。用硫替代氧可以提高材料的柔韧性和稳定性，因为硫的电负性较低[15]、[16]。值得注意的是，基于Co和Mo的硫化物材料由于其复杂的层次纳米结构和优越的电化学性能而受到广泛关注[17]、[18]、[19]、[20]。然而，基于单金属TMS的电极材料面临一些挑战，这些挑战影响了它们的性能。一个主要问题是聚集现象，这是由于结构不稳定性引起的。这种不稳定性会导致较差的倍率性能，使得材料在运行过程中难以有效响应。此外，这些电极在循环稳定性方面也存在问题，随着时间的推移可靠性会下降。此外，由于持续发生的反应，这些材料会发生显著的体积变化，从而影响其整体功能和耐用性[21]、[22]。为了解决这些问题，将两种不同的电活性材料集成到导电基底上的纳米混合结构中，为提高电荷存储能力和减轻快速充放电过程中的体积膨胀提供了有希望的解决方案[23]、[24]、[25]。此外，这种设计促进了显著的协同作用，并加速了氧化还原反应[26]、[27]。同时，这种纳米混合策略增加了活性位点，增强了电子和离子传输，并通过防止聚集保持了结构完整性[4]、[28]、[29]。纳米混合结构得益于高表面积和导电性，从而实现了卓越的电化学性能和稳定性。因此，构建纳米混合结构是进一步提高SC性能的有效策略[14]、[15]、[30]。

本文提出了一种高效且经济的方法，通过水热法合成基于镍泡沫基底（NFS）的层次化MoS₂-集成Co₉S₈（CMS）纳米混合结构，随后进行煅烧和阴离子交换处理。这种层次化的CMS纳米混合结构作为无需粘合剂的独立电极，其纳米片阵列形成了独特的多孔结构。在这些混合结构中进行原位阴离子交换可以显著提高导电性，优于基于氧的同类材料。此外，两种不同TMS化合物之间的相互作用增强了电导率、结构完整性和离子/电子传输。垂直方向的片状结构提高了活性位点的可用性和离子扩散，从而优化了电化学性能。CMS纳米混合结构还表现出优异的特定电容和倍率性能，并可与活性炭（AC）结合形成混合超级电容器（CMS//AC HSC），从而提高能量和功率密度以及循环寿命。

部分摘录

MoS₂集成Co₉S₈（CMS）纳米混合架构材料的制备

所有使用的化学品均为分析级，无需进一步纯化。层次化的CMS纳米混合电极材料是通过水热法制备的，随后进行阴离子交换处理。在开始生长过程之前，将3 × 1 cm2的商业Ni泡沫在丙酮中超声清洗，然后用6 M HCl处理以去除天然氧化层。之后用去离子水（DIW）和无水乙醇（AE）冲洗Ni泡沫。

结果与讨论

利用SEM分析对合成样品的形态特征和表面结构进行了表征，如图1所示。SEM图像清晰地展示了Ni泡沫表面，显示出CMO和CMS纳米混合结构的均匀密集覆盖（图1(a和d)）。这一观察结果表明整个表面的结构设计协调一致且高度统一，显示出高水平的均匀性。

结论

总之，通过简单的水热法制备了层次化的CMS纳米混合结构，随后进行煅烧和硫化处理。实施阴离子交换机制，结合层次化纳米混合结构的战略设计，可以增强电导率，最大化活性位点的可用性，并创造足够的间隙空间以适应体积变化。这种方法有效地缓解了

CRediT作者贡献声明

Periyasamy Sivakumar：概念构思、研究方法、资金获取、数据整理与解释、验证、初稿撰写。C. Justin Raj：研究方法、撰写 - 审稿与编辑。Palaniappan Subramanian：正式分析、验证、撰写 - 审稿与编辑。Antonysamy Dennyson Savariraj：正式分析、撰写 - 审稿与编辑。Ramu Manikandan：验证、撰写 - 审稿与编辑。Hyun Jung：资源获取、资金获取、撰写 - 审稿与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了韩国政府（MSIT）资助的韩国国家研究基金会（NRF）（RS-2025–00514396）的支持。