Binary transition metal sulfides are considered to be a promising material for supercapacitors, possessing a richer electrochemical active site and superior electrochemical performance. Metal-organic frameworks (MOFs) are often used as self-sacrificing templates for the preparation of metal sulfides. Usually, direct sulfidation of MOFs tends to cause collapse of the morphological structure and blockage of the ion transport channels, so that the morphology of the original MOFs template can be well preserved by using pyrolysis followed by S2- ion exchange. In this paper, we first prepared NiCo-MOF-74 on nickel foam by in situ transformation method from layered double hydroxides (LDHs) through a ligand exchange reaction. Then CoNi2S4 was synthesized via two steps involving a pyrolysis of NiCo-MOF-74 and a subsequent S2- ion exchange reaction. Compared with direct sulfidation, this synthetic strategy can well maintain the rod-like morphology of MOF-74 arrays and prevent structural collapse. The surface of CoNi2S4 has a fine nanosheet structure, which exposes more active sites and shows a high specific capacitance of 7.54 F cm-2 at 2 mA cm-2 and an excellent Coulomb efficiency (96.32 %). In addition, the hybrid supercapacitor assembled with activated carbon has a high energy density of 0.64 mWh cm-2 at a power density of 1.64 mW cm-2 and a high capacitance retention of 88.39 % after 5000 cycles. These results indicate that rod-shaped CoNi2S4 can controllable prepared from MOF-74 involving exchange reaction, which has a promising application in high-performance supercapacitors.

中文翻译：

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由 MOF-74 纳米阵列衍生的 CoNi2S4 纳米棒的受控制备，涉及高能量密度超级电容器的交换反应

二元过渡金属硫化物被认为是一种有前途的超级电容器材料，具有更丰富的电化学活性位点和优异的电化学性能。金属有机框架（MOF）通常用作制备金属硫化物的自牺牲模板。通常，MOFs的直接硫化往往会导致形态结构的崩溃和离子传输通道的堵塞，因此通过热解和S2-离子交换可以很好地保留原始MOFs模板的形态。在本文中，我们首先通过配体交换反应，采用层状双氢氧化物（LDH）原位转化法在泡沫镍上制备了NiCo-MOF-74。然后通过涉及 NiCo-MOF-74 热解和随后的 S2-离子交换反应的两个步骤合成 CoNi2S4。与直接硫化相比，这种合成策略可以很好地保持MOF-74阵列的棒状形貌并防止结构崩溃。CoNi2S4表面具有精细的纳米片结构，暴露出更多的活性位点，在2 mA cm-2下表现出7.54 F cm-2的高比电容和优异的库仑效率（96.32 %）。此外，由活性炭组装的混合超级电容器在功率密度为1.64 mW cm-2时具有0.64 mWh cm-2的高能量密度，并且在5000次循环后电容保持率为88.39%。这些结果表明棒状CoNi2S4可以通过涉及交换反应的MOF-74可控制备，在高性能超级电容器中具有广阔的应用前景。这种合成策略可以很好地保持MOF-74阵列的棒状形态并防止结构崩溃。CoNi2S4表面具有精细的纳米片结构，暴露出更多的活性位点，在2 mA cm-2下表现出7.54 F cm-2的高比电容和优异的库仑效率（96.32 %）。此外，由活性炭组装的混合超级电容器在功率密度为1.64 mW cm-2时具有0.64 mWh cm-2的高能量密度，并且在5000次循环后电容保持率为88.39%。这些结果表明棒状CoNi2S4可以通过涉及交换反应的MOF-74可控制备，在高性能超级电容器中具有广阔的应用前景。这种合成策略可以很好地保持MOF-74阵列的棒状形态并防止结构崩溃。CoNi2S4表面具有精细的纳米片结构，暴露出更多的活性位点，在2 mA cm-2下表现出7.54 F cm-2的高比电容和优异的库仑效率（96.32 %）。此外，由活性炭组装的混合超级电容器在功率密度为1.64 mW cm-2时具有0.64 mWh cm-2的高能量密度，并且在5000次循环后电容保持率为88.39%。这些结果表明棒状CoNi2S4可以通过涉及交换反应的MOF-74可控制备，在高性能超级电容器中具有广阔的应用前景。它暴露了更多的活性位点，并在 2 mA cm-2 下表现出 7.54 F cm-2 的高比电容和出色的库仑效率 (96.32 %)。此外，由活性炭组装的混合超级电容器在功率密度为1.64 mW cm-2时具有0.64 mWh cm-2的高能量密度，并且在5000次循环后电容保持率为88.39%。这些结果表明棒状CoNi2S4可以通过涉及交换反应的MOF-74可控制备，在高性能超级电容器中具有广阔的应用前景。它暴露了更多的活性位点，并在 2 mA cm-2 下表现出 7.54 F cm-2 的高比电容和出色的库仑效率 (96.32 %)。此外，由活性炭组装的混合超级电容器在功率密度为1.64 mW cm-2时具有0.64 mWh cm-2的高能量密度，并且在5000次循环后电容保持率为88.39%。这些结果表明棒状CoNi2S4可以通过涉及交换反应的MOF-74可控制备，在高性能超级电容器中具有广阔的应用前景。