本文要点：
采用硅藻土模板合成路线设计新颖的3D生物形态氮掺杂MoSe 2 /石墨烯（N-MoSe 2 / G）纳米结构，用于高级钾离子存储的阳极。
成果简介
钾离子混合电容器（KIC）兼顾了电池和超级电容器的优势，由于钾源的丰富性和低成本，引起了人们对实用储能的越来越多的关注。然而，由于钾离子半径大，开发高性能钾调节材料仍然面临艰巨的挑战。最近，二硒化钼（MoSe 2）被公认为是钾离子电池的有希望的负极材料，具有高容量和良好的循环稳定性。但是，到目前为止几乎没有证明基于MoSe 2的KIC 。
钾存储机理。
图文导读
2.1生物形态N-MoSe 2 / G复合材料的 制备与表征
图1、a）N-MoSe 2 / G纳米结构的合成过程示意图。
b，c）合成的N-MoSe 2 / G的低倍和高倍SEM图像。
d）NMoSe 2 / G的TEM图像，HRTEM插图显示了MoSe 2（100）平面的晶格间距。
e，f）典型的N-MoSe 2 / G界面的TEM图像。
g）N-MoSe 2 / G复合材料的扫描透射电子显微镜（STEM）图像和相应的EDS映射。
h，i）N-MoSe 2 / G，MoSe 2 / G和裸MoSe 2的 XRD图谱和拉曼光谱。
j）N-MoSe 2的 XPS N 1s频谱/G。
2.2钾离子半电池性能
图2、a）前三个循环中N-MoSe 2 / G电极的CV曲线，扫描速率为0.1 mV s -1。b）速率能力和c）在0.2 A g -1的NMoSe 2 / G，MoSe 2 / G和裸MoSe 2电极下的循环性能。d）来自CV扫描和b值确定线的阴极/阳极峰的对数（峰值电流）与对数（扫描速率）的关系图。e）在1.2 mV s -1的CV扫描速率下的伪电容贡献。f）在不同扫描速率下的伪电容贡献率。
2.3伪电容钾离子存储特性的研究
图3、a）在第一次放电/充电过程中，MoSe 2电极的原位XRD图案。b）在不同的放电/充电状态下N-MoSe 2 / G电极的非原位拉曼光谱。N-MoSe 2 / G电极在c）放电（D0.8 V），d）完全放电（D0.01 V）和e）完全充电（C3V）状态下的异位HRTEM图像。比例尺：c–e）2 nm。
图4、N掺杂对MoSe 2的K原子吸附的第一性原理计算。MoSe 2（100）表面上稳定K原子吸附构型的俯视图（上部）和侧视图（下部），a）不掺杂，b）掺杂N。K原子和MoSe 2（100）平板之间的相应差分电荷密度c）不掺杂和d）掺杂N。青色和黄色轮廓线分别表示等密度线为0.001 e bohr -3的减小和增大的电荷密度。注意，Mo，Se，N和K原子分别为青色，橙色，蓝色和紫色。
2.4钾离子电容器的全电池性能
图5、a）这样得出的N-MoSe 2 / G // AC KIC设备的示意图结构。b）N-MoSe 2 / G和AC在半电池（上）和KIC整个电池（下）中的CV曲线。c）在各种电流密度下，对KIC全电池的性能进行评估。d）在1 A g -1下的长期循环性能。插图：显示我们的KIC设备可以为红色LED面板供电的照片。e）与文献中报道的LIC，SIC和KIC进行比较的Ragone图。
小结
总之，通过设计的生物模板方法制备N-MoSe 2 / G复合材料，首次作为高性能KIC器件的阳极候选物引入。独特的3D生物形态纳米结构可以有效地增加电极/电解质的界面接触，促进电子/ K离子的转运，在循环时缓冲结构变化，并提供足够的活性位，从而导致显着的赝电容行为。因此，N-MoSe 2 / G复合材料作为半电池阳极具有出色的钾离子存储性能，在2.0 A g -1下显示约155 mAh g -1的高倍容量。通过第一性原理与原位XRD和原位拉曼光谱/ HRTEM / XPS技术相结合，探索了快速赝电容钾存储机理。尤其是，基于生物形N-MoSe 2 / G阳极和生物衍生的AC阴极的由此得到的KIC全电池具有高能量输出（119 Wh kg -1），令人满意的功率输出（7212 W kg -1）。使用寿命长（3000个周期），可以与最先进的KIC同类产品相媲美。这项工作可能会鼓励将来在实际储能用途中设计用于K-ion混合电容器的新兴阳极材料。
