2D-Ti3C2Tx MXene-supported Cu2S nanoflakes for supercapacitors and electrocatalytic oxygen evolution reaction

文献情報

出版日 2023-10-25
DOI 10.1039/D3TA05104H
インパクトファクター 12.732
著者

Debika Gogoi, Rajeshvari Samatbhai Karmur, Narendra Nath Ghosh


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要旨

Recently, the design of efficient multifunctional materials for supercapacitors and oxygen evolution reaction (OER) has become imperative in the field of energy storage and conversion. In the present study, novel Cu2S-MXene heterostructures were synthesized, which exhibited multifunctional electrochemical properties. First, the charge storage properties of these heterostructures were investigated, and among the synthesized materials, 50Cu2S-50MXene exhibited superior properties with a specific capacity of 1874.1C g−1 in a 3 M KOH + 0.1 M K4[Fe(CN)6] electrolyte system. Subsequently, a flexible all-solid-state supercapacitor device was constructed using 50Cu2S-50MXene as the cathode and porous carbon derived from spent tea-waste as the anode separated by the electrolyte encapsulated with PVA gel. This device exhibited an excellent energy density of 79.7 W h kg−1 at a power density of 1730.3 W kg−1, which exceeds the performance of previously reported MXene-based ASC devices. Also, the device exhibited extreme flexibility and long cycle life (∼5000 cycles) and its practical utilization was demonstrated by illuminating a panel of LED lights. Furthermore, the multifunctionality of the materials was tested by performing electrocatalytic oxygen evolution reaction (OER). Among them, 50Cu2S-50MXene showed the highest catalytic activity, which exhibited an overpotential of 250 mV (at 25 mA cm−2), Tafel slope of 61 mV dec−1, exchange current density of 145.56 mA cm−2 and the maximum TOF of 4.52 s−1. The catalyst showed no significant deviation in its performance even after 2000 LSV scans with cycling stability for a maximum of 20 h. Hence, this study offers new insight for the exploration of novel multifunctional Cu2S-MXene hybrid heterostructures in both energy storage and conversion.

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Journal of Materials Chemistry A

Journal of Materials Chemistry A
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