ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)

Для цитирования:

Моисеева Т. А., Сафонова А. Г., Мясоедова Т. Н. Исследование композитов на основе сульфидов кобальта и никеля с азотированным углеродом из биомассы сорго для электродов суперконденсаторов // Электрохимическая энергетика. 2026. Т. 26, вып. 2. С. 75-90. DOI: 10.18500/1608-4039-2026-26-2-75-90, EDN: NURVXR

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 4)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Электрохимические конденсаторы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
546.05+544.6+544.2
DOI: 
10.18500/1608-4039-2026-26-2-75-90
EDN: 
NURVXR

Исследование композитов на основе сульфидов кобальта и никеля с азотированным углеродом из биомассы сорго для электродов суперконденсаторов

Авторы: 
Моисеева Татьяна Анатольевна, Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения
Сафонова Анна Геннадьевна, Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения
Мясоедова Татьяна Николаевна, Южный федеральный университет, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения
Аннотация: 

Из жмыха сорго гидротермальной обработкой с последующей активацией получена углеродная матрица, допированная азотом, с удельной поверхностью 2668 м2 /г. Гидротермальным синтезом с тиомочевиной изготовлены композиты NC_CoS и NC_NiS. Методами СЭМ, низкотемпературной адсорбции азота и рамановской спектроскопии показано, что в NC_CoS формируется кристаллическая сульфидная фаза, равномерно распределенная на углеродных нитях, тогда как в NC_NiS сульфидная фаза аморфна или высокодисперсна. Электрохимические исследования в 1M KOH выявили, что NC_CoS обладает удельной емкостью 115 Ф/г (1.3 А/г) и сохраняет 72% емкости после 3500 циклов, тогда как NC_NiS проявляет емкость лишь 38 Ф/г, близкую к исходному углероду, что обусловлено низкой псевдоемкостной активностью аморфной никельсодержащей фазы.

Ключевые слова: 
жмых сорго
сульфиды металлов
электродный материал
электрохимические свойства
Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 25-23-00514 «Перспективные электроды суперконденсаторов на основе углерода, легированного азотом и сульфидами переходных металлов» (https://rscf.ru/project/25-23-00514/) в Южном федеральном университете.
Список источников: 
  1. Zhang F., Lang H., Wu J., Huang J. Sorghumderived porous carbon for outstanding green supercapacitors. New Journal of Chemistry, 2024, vol. 48, pp. 332– 341. https://doi.org/101039/D3NJ04881K
  2. Gao M.-R., Xu Y.-F., Jiang J., Yu S.-H. Nanostructured metal chalcogenides: Synthesis, modification, and applications in energy conversion and storage devices. Chemical Society Reviews, 2013, vol. 42, no. 7, pp. 2986– 3017. https://doi.org/10.1039/C2CS35310E
  3. Wang T., Chen H. C., Yu F., Zhao X. S., Wang H. Boosting the cycling stability of transition metal compounds-based supercapacitors. Energy Storage Materials, 2019, vol. 16, pp. 545–573. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2018.09.007
  4. Zhang L. L., Zhao X. S. Carbon-based materials as supercapacitor electrodes. Chemical Society Reviews, 2009, vol. 38, no. 9, pp. 2520–2531. https://doi.org/10.1039/B813846J
  5. Zhu J., Tang S., Wu J., Shi X., Zhu B., Meng X. Wearable High-Performance Supercapacitors Based on Silver-Sputtered Textiles with FeCo2S4–NiCo2S4 Composite Nanotube-Built Multitripod Architectures as Advanced Flexible Electrodes. Advanced Energy Materials, 2017, vol. 7, art. 1601234. https://doi.org/10.1002/aenm.201601234
  6. Wang J., Nie P., Ding B., Dong S., Hao X., Dou H., Zhang X. Biomass derived carbon for energy storage devices. Journal of Materials Chemistry A, 2017, vol. 5, no. 6, pp. 2411–2428. https://doi.org/10.1039/C6TA08742F
  7. Prakasham R. S., Nagaiah D., Vinutha K. S., Uma A., Chiranjeevi T., Umakanth A. V., Rao P. S., Yan N. Sorghum biomass: A novel renewable carbon source for industrial bioproducts. Biofuels, 2014, vol. 5, no. 2, pp. 159–174. https://doi.org/10.4155/bfs.13.74
  8. Afzal R. A., Pennells J., Yamauchi Y., Annamalai P. K., Nanjundan A. K., Martin D. J. Lignocellulosic plant cell wall variation influences the structure and properties of hard carbon derived from sorghum biomass. Carbon Trends, 2022, vol. 7, art. 100168. https://doi.org/10.1016/j.cartre.2022.100168
  9. Afzal R. A., Annamalai P. K., Tebyetekerwa M., Burey P., Bell J., Nanjundan A. K., Martin D. J. Sustainable carbon for energy storage applications: Investigation on chemical refinements of sorghum biomass for tuneability of carbon structures and supercapacitor performance. RSC Sustainability, 2025, vol. 3, pp. 1691–1704. https://doi.org/101039/D4SU00569D
  10. Kim M., Lim H., Nanjundan A. K. Sorghum biomass-derived porous carbon electrodes for capacitive deionization and energy storage. Microporous and Mesoporous Materials, 2021, vol. 312, art. 110757. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110757
  11. Sevilla M., Mokaya R. Energy storage applications of activated carbons: Supercapacitors and hydrogen storage. Energy & Environmental Science, 2014, vol. 7, no. 4, pp. 1250–1280. https://doi.org/10.1039/C3EE43525C
  12. Srinivasan S. B., Devendiran S., Savunthari K. V., Pandurangan P., Mukerjee S. Insights into multifarious heteroatom-doped/enriched carbon-based materials and their composites: Synthesis and Supercapacitor applications – A crucial review. Progress in Materials Science, 2025, vol. 153, art. 101470. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101470
  13. Sevilla M. Energy storage applications of activated carbons: Supercapacitors and hydrogen storage. Energy & Environmental Science, 2025, vol. 7, pp. 1250– 1280. https://doi.org/10.1039/C3EE43525C
  14. Kim M., Lim H., Xu X., Hossain Md. S. A., Na J., Awaludin N. N., Shah J., Shrestha L. K., Ariga K., Nanjundan A. K., Martin D. J., Shapter J. G., Yamauchi Y. Sorghum biomass-derived porous carbon electrodes for capacitive deionization and energy storage. Microporous and Mesoporous Materials, 2021, vol. 312, art. 110757. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110757
  15. Bläker C., Muthmann J., Pasel C., Bathen. D. Characterization of Activated Carbon Adsorbents – State of the Art and Novel Approaches. ChemBioEng Reviews, 2019, vol. 6, no. 4, pp. 119–138. https://doi.org/10.1002/cben201900008
  16. Ferrari A. C., Basko D. M. Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene. Nature Nanotechnology, 2013, vol. 8, no. 4, pp. 235–246. https://doi.org/10.1038/nnano.2013.46
  17. Kudin K. N., Ozbas B., Schniepp H. C., Prud’homme R. K., Aksay I. A., Car R. Raman spectra of graphite oxide and functionalized graphene sheets. Nano Letters, 2008, vol. 8, no. 1, pp. 36–41. https://doi.org/10.1021/nl071822y
  18. Claramunt S., Varea A., López-Díaz D., Velázquez M. M., Cornet A., Cirera A. The Importance of Interbands on the Interpretation of the Raman Spectrum of Graphene Oxide. The Journal of Physical Chemistry C, 2015, vol. 119, no. 18, pp. 10123–10129. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b01590
  19. Castiglioni C., Mapelli C., Negri F., Zerbi G. Origin of the D line in the Raman spectrum of graphite: A study based on Raman frequencies and intensities of polycyclic aromatic hydrocarbon molecules. The Journal of Chemical Physics, 2001, vol. 114, no. 2, pp. 963–974. https://doi.org/10.1063/1.1329670
  20. Jawhari T., Roid A., Casado J. Raman spectroscopic characterization of some commercially available carbon black materials. Carbon, 1995, vol. 33, no. 11, pp. 1561–1565. https://doi.org/10.1016/0008-6223(95)00117-V
  21. Guo H.-L., Su P., Kang X., Ning S.-K. Synthesis and characterization of nitrogen-doped graphene hydrogels by hydrothermal route with urea as reducing-doping agents. Journal of Materials Chemistry A, 2013, vol. 1, no. 6, pp. 2248–2255. https://doi.org/10.1039/C2TA00887D
  22. Tang C. W., Wang C. B., Chien S. H. Characterization of Cobalt Oxides Studied by FT-IR, Raman, TPR and TG-MS. Thermochimа Acta, 2008, vol. 473, pp. 68– 73. https://doi.org/10.1016/j.tca.2008.04.015
  23. Deori K., Ujjain S. K., Sharma R. K., Deka S. Morphology Controlled Synthesis of Nanoporous Co3O4 Nanostructures and Their Charge Storage Characteristics in Supercapacitors. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, vol. 5, pp. 10665–10672. https://doi.org/10.1021/am4027482
  24. Wang Y., Zhong Z., Chen Y., Ng C. T., Lin J. Controllable synthesis of Co3O4 from nanosize to microsize with large-scale exposure of active crystal planes and their excellent rate capability in supercapacitors based on the crystal plane effect. Nano Research, 2011, vol. 4, pp. 695–704. https://doi.org/10.1007/s12274-011-0125-x
  25. Wei W., Mi L., Gao Y., Zheng Z., Chen W., Guan X. Partial Ion-Exchange of Nickel-Sulfide-Derived Electrodes for High Performance Supercapacitors. Chemistry of Materials, 2014, vol. 26, no. 11, pp. 3418–3426. https://doi.org/10.1021/cm5006482
  26. Geng B., Liu X., Ma J., Wei X., Du Q. Hydrothermal synthesis and characterization of nickel and cobalt sulfides nanocrystallines. Materials Science and Engineering: B, 2005, vol. 119, no. 2, pp. 156–160. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2004.12.051
  27. García Valenzuela J. A. Simple thiourea hydrolysis or intermediate complex mechanism? Taking up the formation of metal sulfides from metal–thiourea alkaline solutions. Comments on Inorganic Chemistry, 2017, vol. 37, no. 2, pp. 99–115. https://doi.org/10.1080/02603594.2016.1230547
  28. Gunathilaka G. U., Li H., Zhang W., Ryser E. T. Persistence of silver nanoparticles sorbed on fresh-cut lettuce during flume washing and centrifugal drying. Journal of Food Protection, 2023, vol. 86, no. 6, art. 100097. https://doi.org/10.1016/j.jfp.2023.100097
  29. Atkins P., Overton T., Rourke J., Weller M., Armstrong F. Shriver & Atkins‘ Inorganic Chemistry. 5th ed. Oxford, Oxford University Press, 2009. 824 p.
  30. Sun C., Ma M., Yang J., Zhang Y., Chen P., Huang W., Dong X. Phase-controlled synthesis of α-NiS nanoparticles confined in carbon nanorods for High Performance Supercapacitors. Sci. Rep., 2014, vol. 4, art. 7054. https://doi.org/10.1038/srep07054
  31. Nitesh P., Sengottaiyan C., Ambikeswari N., Seetharaman A., Yazhini C., Neppolian B., Thirumurugan A., Manikandan K., Kavinkumar T. Insights into the regulation of interfacial charge distribution in ZnS@CoNi2S4 heterojunctions for high energy density supercapattery and efficient electrocatalytic water splitting applications. J. Power Sources, 2025, vol. 642, art. 236978. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236978
Поступила в редакцию: 
21.04.2026
Принята к публикации: 
21.05.2026
Опубликована: 
30.06.2026