作為二維過渡金屬硫化物的經(jīng)典材料，層狀二硫化鉬納米片（MoS2）在場(chǎng)效應(yīng)電晶體、光電探測(cè)器、光伏、鋰電池、太陽能熱能收集等領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注。那二硫化鉬碳膠囊複合材料是如何製備出高性能超級(jí)電容器的？
基於MoS2的超級(jí)電容器有3種不同的機(jī)制存儲(chǔ)電能：除了電化學(xué)雙層電容（EDLC）和贗電容（PC）之外，2D MoS2較大的層間距還可以加速電解質(zhì)離子（H+，K+，NH4+）在層之間的快速可逆插入，從而貢獻(xiàn)一部分嵌入式贗電容。
二硫化鉬具有1T MoS2、1H MoS2、2H MoS2和3R MoS2多種晶體結(jié)構(gòu)。金屬性1T MoS2雖然具有較好的超級(jí)電容器性能（品質(zhì)比電容350-400 F/g, 體積比電容400-700 F/cm3），但是熱力學(xué)亞穩(wěn)相、製備較為困難、且電導(dǎo)率偏低，僅為10?100 S/cm。另外， MoS2納米片之間易堆疊，是目前大多數(shù)二硫化鉬基超級(jí)電容器品質(zhì)比電容或體積比電容都較低的原因。1T和2H MoS2在負(fù)極化下分別表現(xiàn)出14.9μF/cm2和1.39μF/cm2的固有電容值。
針對(duì)MoS2在超級(jí)電容器應(yīng)用的不足，上海交通大學(xué)趙斌元副教授課題組在具有“一維+二維(1D+2D)”結(jié)構(gòu)的二硫化鎢納米管-石墨烯基鋰離子電池、可控合成生物相容氮摻雜高比表面積中空碳納米囊等前期工作的基礎(chǔ)上，成功在碗狀碳納米囊內(nèi)部限域中合成少數(shù)層2D MoS2納米片，並將其應(yīng)用於高性能超級(jí)電容器。相關(guān)研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)(ACS)旗下的ACS Applied Nano Materials期刊上。
研究人員選取多孔中空碳膠囊和少數(shù)層二維二硫化鉬為材料體系，通過結(jié)合電化學(xué)雙層電容和贗電容這兩種機(jī)制，成功實(shí)現(xiàn)了更高的電化學(xué)儲(chǔ)能整體性能。他們通過真空初濕浸漬法，將硫代鉬酸銨溶液吸附到碗狀空心碳膠囊(HCNB)中形成二硫化鉬納米片填充的碗狀碳膠囊複合結(jié)構(gòu)(MoS2@HCNB)，並將該MoS2@HCNB複合材料作為超級(jí)電容器電極材料，同時(shí)獲得了優(yōu)異的品質(zhì)比電容（560 F/g）、體積比電容（874 F/cm3）和迴圈性能（在經(jīng)過5000個(gè)迴圈之後具有94.4%的電容保持率）。
該工作為今後開發(fā)兼具高能量密度和高功率密度儲(chǔ)能器件用的新型電極材料鋪平了道路，也為合成具有核-殼結(jié)構(gòu)的微納結(jié)構(gòu)和新材料提供了新途徑。
