Abstract Hierarchical hollow urchin-like ternary composite which consists of hollow graphene spheres(HGRs), flowerlike molybdenum disulfide(MoS2) and manganese dioxide(MnO2) nanoflakes has been successfully synthesized by chemical vapor deposition(CVD) and two-step hydrothermal methods. The HGRs/MoS2/MnO2 composite was characterized by X-ray diffraction(XRD), field emission scanning electron microscopy(FESEM) and transmission electron microscopy(TEM), and its electrochemical properties were evaluated by cyclic voltammetry(CV), galvanostatic charge/discharge(GCD), and electrochemical impedance spectroscopy(EIS) measurements. The experimental results demonstrated that the specific capacitance of HGRs/MoS2/MnO2 composite is 608 F g−1 at a current density of 1 A·g−1, which is far higher than that of HGRs/MoS2 (300 F g−1) and HGRs/MnO2 (344 F g−1). In addition, 89.3% of the original capacitance of HGRs/MoS2/MnO2 composite is retained after 2500 cycles at a current density of 2 A·g−1, which keeps better cycle stability compared to HGRs/MnO2 composite. The excellent electrochemical performance can be ascribed to the synergistic effect of HGRs, flowerlike MoS2 and MnO2 nanoflakes. Flowerlike MoS2 as an ion buffer layer is beneficial to rapid ion diffusion and transportation from MnO2 into interior HGRs. Furthermore, HGRs/MoS2 composite as a three-dimensional(3D) matrix alleviates the volume change during charge/discharge cyclical process. The well-structured HGRs/MoS2/MnO2 composite with high performance has a great potential for advanced supercapacitors(SCs) applications.

中文翻译：

---

分层空心海胆状HGRs/MoS2/MnO2复合材料的合成及其优异的超级电容器性能

摘要 通过化学气相沉积（CVD）和两步水热法成功合成了由空心石墨烯球（HGRs）、花状二硫化钼（MoS2）和二氧化锰（MnO2）纳米薄片组成的分层空心海胆状三元复合材料。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）对HGRs/MoS2/MnO2复合材料进行表征，并通过循环伏安法（CV）、恒电流/放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）测量。实验结果表明，HGRs/MoS2/MnO2复合材料在1 A·g-1的电流密度下的比电容为608 F g-1，远高于HGRs/MoS2（300 F g-1）和 HGRs/MnO2 (344 F g-1)。此外，HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在 2 A·g-1 的电流密度下循环 2500 次后仍保留 89.3% 的原始电容，与 HGRs/MnO2 复合材料相比具有更好的循环稳定性。优异的电化学性能可归因于 HGRs、花状 MoS2 和 MnO2 纳米薄片的协同作用。花状 MoS2 作为离子缓冲层有利于离子从 MnO2 快速扩散和运输到内部 HGR。此外，HGRs/MoS2 复合材料作为三维（3D）基质减轻了充放电循环过程中的体积变化。具有高性能的结构良好的 HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在先进的超级电容器（SCs）应用中具有巨大的潜力。HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在 2 A·g-1 的电流密度下循环 2500 次后仍保留 3% 的原始电容，与 HGRs/MnO2 复合材料相比，循环稳定性更好。优异的电化学性能可归因于 HGRs、花状 MoS2 和 MnO2 纳米薄片的协同作用。花状 MoS2 作为离子缓冲层有利于离子从 MnO2 快速扩散和运输到内部 HGR。此外，HGRs/MoS2 复合材料作为三维（3D）基质减轻了充放电循环过程中的体积变化。具有高性能的结构良好的 HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在先进的超级电容器（SCs）应用中具有巨大的潜力。HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在 2 A·g-1 的电流密度下循环 2500 次后仍保留 3% 的原始电容，与 HGRs/MnO2 复合材料相比，循环稳定性更好。优异的电化学性能可归因于 HGRs、花状 MoS2 和 MnO2 纳米薄片的协同作用。花状 MoS2 作为离子缓冲层有利于离子从 MnO2 快速扩散和运输到内部 HGR。此外，HGRs/MoS2 复合材料作为三维（3D）基质减轻了充放电循环过程中的体积变化。具有高性能的结构良好的 HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在先进的超级电容器（SCs）应用中具有巨大的潜力。优异的电化学性能可归因于 HGRs、花状 MoS2 和 MnO2 纳米薄片的协同作用。花状 MoS2 作为离子缓冲层有利于离子从 MnO2 快速扩散和运输到内部 HGR。此外，HGRs/MoS2 复合材料作为三维（3D）基质减轻了充放电循环过程中的体积变化。具有高性能的结构良好的 HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在先进的超级电容器（SCs）应用中具有巨大的潜力。优异的电化学性能可归因于 HGRs、花状 MoS2 和 MnO2 纳米薄片的协同作用。花状 MoS2 作为离子缓冲层有利于离子从 MnO2 快速扩散和运输到内部 HGR。此外，HGRs/MoS2 复合材料作为三维（3D）基质减轻了充放电循环过程中的体积变化。具有高性能的结构良好的 HGRs/MoS2/MnO2 复合材料在先进的超级电容器（SCs）应用中具有巨大的潜力。