Sintesi facile di NiTe2

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1364 (2023) Citare questo articolo

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La progettazione di tellururi bimetallici che presentano eccellenti proprietà elettrochimiche rimane una sfida enorme per i supercondensatori ad alte prestazioni. Nel presente studio, il tellurio viene consolidato per la prima volta su CoNi2@rGO, per sintetizzare il nanocomposito NiTe2-Co2Te2@rGO utilizzando un facile metodo idrotermale. Il nanocomposito NiTe2-Co2Te2@rGO così preparato è stato caratterizzato mediante tecniche EDS, TEM, FESEM, Raman, BET, XRD e XPS per dimostrare la trasformazione strutturale. Dopo la caratterizzazione elettrochimica, NiTe2-Co2Te2@rGO ha presentato in particolare numerosi siti attivi e siti di contatto migliorati con la soluzione elettrolitica durante la reazione faradica. Il nanocomposito così preparato rivela una capacità specifica di 223,6 mAh g−1 in 1,0 M KOH a 1,0 A g-1. Inoltre, potrebbe mantenere una stabilità dell'89,3% dopo 3000 cicli consecutivi di carica-scarica galvanostatica con una densità di corrente di 1,0 A g−1. Il supercondensatore ibrido, fabbricato con carbone attivo come sito anodico e NiTe2-Co2Te2@rGO come sito catodico, presenta una finestra potenziale di 1,60 V con una densità di energia di 51 Wh kg−1 e una densità di potenza di 800 W kg− 1; questo elettrodo è in grado di accendere per 20 minuti due lampade a LED rossi e una lampada a LED gialla, collegata in parallelo. Il presente lavoro apre nuove strade alla progettazione e fabbricazione di materiali elettrodici nanocompositi nel campo dei supercondensatori.

Lo stoccaggio dell’energia è molto importante a causa del significativo aumento della popolazione umana. Oggi i combustibili fossili rappresentano la principale fonte energetica strettamente legata al riscaldamento globale1,2,3. La presenza di elevate quantità di CO2 nell'atmosfera provoca calore sulla superficie terrestre4. Prove provenienti da vari studi mostrano che la CO2 atmosferica è aumentata almeno del 25% dall’inizio del XIX secolo. Di conseguenza, negli ultimi 150 anni, la temperatura della terra è aumentata di oltre 1°F. Per sopravvivere sulla Terra, l’utilizzo di energie rinnovabili è essenziale per ridurre le emissioni di gas serra e l’inquinamento atmosferico5. Pertanto, le nuove tecnologie di generazione di energia come quella solare6, quella eolica7 e le celle a combustibile1 richiedono dispositivi per immagazzinare energia.

Le batterie8, le celle a combustibile9 e i supercondensatori10 sono i più importanti dispositivi di accumulo dell’energia con elevata densità di energia e potenza, ciclo di vita ottimale e mobilità. Le batterie e i supercondensatori sono due principali sistemi di accumulo dell'energia elettrica sviluppati nel corso degli anni per dispositivi portatili e per l'implementazione di reti intelligenti11,12. I supercondensatori possono immagazzinare una grande quantità di carica rispetto ai condensatori convenzionali, fornire energia rapidamente, offrire capacità di ricarica rapida, hanno una lunga durata, offrono prestazioni superiori a bassa temperatura, sono ecologici e hanno costi bassi. Inoltre, a differenza delle batterie, non esplodono anche se sovraccaricate.

I materiali degli elettrodi e gli elettroliti svolgono un ruolo importante nel raggiungimento delle migliori prestazioni per la commercializzazione delle SC13,14. Influiscono sui valori di capacità specifica, tensione operativa, densità di energia e densità di potenza. I materiali a base di metalli di transizione sono promettenti materiali per elettrodi da molto tempo grazie alla loro capacità di alta velocità, elevata capacità e basso costo. Tuttavia, hanno un’area superficiale limitata, una bassa durata di ciclo e una scarsa conduttività elettrica. Pertanto, (1) controllare la morfologia, (2) comporre i materiali degli elettrodi per generare un effetto sinergico, (3) drogare l'elemento con il materiale dell'elettrodo per migliorare la reattività redox e (4) ingegnerizzare i difetti sono diversi approcci per superare queste carenze15, 16,17.

Recentemente i calcogenuri dei metalli di transizione hanno attirato grande attenzione come promettenti materiali per elettrodi per applicazioni SC18,19. In particolare, i tellururi e i seleniuri dei metalli di transizione, grazie alla minore elettronegatività e alle dimensioni del raggio atomico maggiori rispetto allo zolfo e all'ossigeno, che portano a proprietà chimiche, fisiche ed elettrochimiche avanzate20. Le caratteristiche principali di questi materiali sono la lunga durata del ciclo, l'elevata conduttività elettrica, l'elevata stabilità meccanica, la piccola energia di ionizzazione, il trasporto regolare degli elettroni, l'elevata area superficiale, il potenziamento delle strutture redox-attive e l'elevata capacità specifica21,22,23,24. Inoltre, il forte legame covalente tra tellurio e cobalto/nichel aumenta la quantità di siti attivi e l'attività catalitica elettrica. A causa della sovrapposizione orbitale atomica del tellurio con il cobalto/nichel, il valore ridotto della banda di trasferimento di carica si traduce in proprietà supercapacitive, flessibilità e aumento del trasferimento di carica25.