Tweedimensionale VO2 mesoporeuze microarrays voor krachtige supercondensator

Abstract

Tweedimensionale (2D) mesoporeuze VO₂ microarrays zijn bereid met behulp van een organisch-anorganisch vloeistofinterface. De eenheden van microarrays bestaan uit naaldachtige VO₂ deeltjes met een mesoporeuze structuur, waarin scheurachtige poriën met een poriegrootte van ongeveer 2 nm en een diepte van 20-100 nm zijn verdeeld over het deeltjesoppervlak. De vloeistofinterface fungeert als een sjabloon voor de vorming van de 2D-microarrays, zoals geïdentificeerd uit de kinetische waarneming. Vanwege de mesoporeuze structuur van de eenheden en de hoge geleidbaarheid van de microarray, kan een dergelijke 2D VO₂ microarrays vertonen een hoge specifieke capaciteit van 265 F/g bij 1 A/g en uitstekende snelheidscapaciteit (182 F/g bij 10 A/g) en cyclusstabiliteit, wat het effect suggereert van een unieke microstructuur voor het verbeteren van de elektrochemische prestaties.

Achtergrond

Supercondensatoren zijn oplaadbare elektrochemische energieopslagapparaten, die een groot potentieel hebben om een een-orde hogere energiedichtheid en een veel langere levensduur te bieden dan batterijen door de snelle opslagprocessen voor oppervlaktelading [1,2,3]. Supercondensatoren kunnen worden onderverdeeld in twee typen:mesoporeuze op koolstof gebaseerde elektrische dubbellaagse condensatoren (EDL) en omkeerbare op Faradaïsche reactie (redoxreactie) gebaseerde pseudocondensatoren van metaaloxiden en/of geleidend polymeer [4]. Pseudocapaciteit, die ten minste één orde hogere capaciteit vertoont dan het EDL-effect, heeft steeds meer aandacht getrokken voor de ontwikkeling van pseudocondensatoren met een vergelijkbare energiedichtheid als die van batterijen [5, 6]. Pseudocondensatoren hebben echter vaak last van een laag vermogen en een lage levensduur, omdat Faradaïsche redoxreacties vaak worden beperkt door een klein oppervlak en een lage elektrische geleidbaarheid [7].

Overgangsmetaaloxiden (TMO's), zoals RuO₂ [8, 9], MnO₂ [10, 11], Fe₂ O₃ [12, 13], NiO [14, 15], SnO₂ [16, 17], zijn uitgebreid onderzocht als elektrodematerialen voor supercondensatoren. Onder hen zijn vanadiumoxiden (bijvoorbeeld V₂ O₅ , VO₂ , en V₆ O₁₃ ) is onderzocht als elektrodematerialen voor supercondensatoren en Li/Na-ionbatterijen vanwege hun hoge specifieke capaciteit, variabele oxidatietoestanden, lage kosten en overvloedige opslag [18,19,20,21,22,23,24,25,26 ,27,28,29,30,31]. VO₂ heeft potentieel om hoge prestaties te verkrijgen dankzij de hogere elektronische geleidbaarheid die voortkomt uit een gemengde valentie van V^3+/5+ en goede structurele stabiliteit. Tot nu toe, VO₂ /rGO [28, 29, 32], VO₂ /CNT's [30] en met waterstof behandelde nanoporeuze VO₂ zijn gemeld met uitstekende pseudocapaciteitseigenschappen [33]. Supercondensatoren bestaande uit VO₂ /GO-nanobelts hadden een capaciteitswaarde van 426 F/g bij 1 A/g in het potentiële bereik van -0,6 tot 0,6 V [29]. VO₂ nanoflake-arrays afgezet op een koolstofmatrix vertoonden capaciteitswaarden van 485 F/g bij 2 A/g [34]. VO₂ /CNT nanocomposieten gesynthetiseerd door afzetting van atomaire lagen vertoonden een capaciteit tot 1550 F/g [30]. In pure VO₂ nanokristallen, bestond er doorgaans onvoldoende controle over de microstructuur op nanoschaal en leidde dit tot onbevredigde capaciteit en cyclusprestaties. VO₂ op nanosheet gebaseerde elektrodematerialen verkregen een capaciteit van 150 F/g bij 1 A/g [34]. Pure nanoporeuze VO₂ elektroden vertoonden alleen capaciteitswaarden van 76 F/g bij 1 A/g [33]. Microarray van VO₂ nanodraden verkregen een capaciteitswaarde van 180 F/g bij 1 A/g met goede cyclusprestaties [35]. Deze resultaten suggereren dat VO₂ met een goede elektrische geleidbaarheid en ontworpen poreuze structuur zijn van cruciaal belang voor het bereiken van hoge prestaties.

We hebben eerder het tolueen-watersysteem ontwikkeld voor de synthese van nanokristallen. De kiemvorming van metaaloxide-nanokristallen vond plaats in de waterige fase en vervolgens werden de nanokristallen in de organische fase getrokken door de adsorptie van oppervlakteactieve stoffen op het vloeibare grensvlak onder hydrothermische omstandigheden. De morfologie-evolutie van nanokristallen vond plaats in de organische fase. Sterk gedispergeerde nanokristallen met smalle grootteverdeling en uniforme morfologie, zoals CeO₂ , Fe₃ O₄ , en Mn_x O_y , zijn gesynthetiseerd [36,37,38,39]. Hoewel VO₂ nanodeeltjes en dunne films zijn bereid via de hydrothermische methode, het rationele ontwerp van hun kristalliniteit en microstructuur is moeilijk te bereiken [40,41,42].

In dit werk werd een vloeibare interface-afgeleide methode ontwikkeld om de 2D-microarrays van VO₂ te fabriceren. . De 2D-microarrays hebben een millimetergrootte met een dikte van ongeveer 1 m en twee verschillende oppervlakken gevormd in een organisch-waterige interface. De blokeenheid van de 2D-microarrays is de VO₂ naaldachtige deeltjes met een uniforme mesoporeuze structuur, waarbij de poriegrootte ongeveer 2 nm is. Een dergelijke unieke architectuur biedt een korte diffusieroute voor elektrolyt-ionen en talrijke kanalen voor de toegang van elektrolyt. Verder wordt een lage weerstand gerealiseerd in de VO₂ microarrays. Op basis van deze unieke structuur vertonen de 2D mesoporeuze microarrays uitstekende capaciteitsprestaties met een hoge specifieke capaciteit, een goede snelheid en een lange levensduur.

Methoden

Materialen

V₂ O₅ , H₂ O₂ (30%), tolueen, oliezuur en tert -butylamine werden gekocht bij Sigma Aldrich. Deze chemicaliën werden gebruikt zoals ontvangen zonder verdere zuivering. In alle experimenten werd gedeïoniseerd (DI) water via een Millipore-systeem (Milli-Q) gebruikt.

Voorbereiding van 2D VO₂ Microarrays

In een typisch syntheseproces wordt 7,5 ml H₂ O₂ (30%) wordt toegevoegd aan 150 ml gedeïoniseerd water en vervolgens 0,534 g V₂ O₅ wordt aan de oplossing toegevoegd; de suspensie werd bij kamertemperatuur geroerd totdat een donker goudgele oplossing was verkregen en bij deze werkwijze als de waterige fase werd gebruikt. Een gemengde oplossing van 30 ml tolueen, 12 ml oliezuur en 1,5 ml tert -butylamine werd gebruikt als de organische fase. De waterige en organische oplossingen werden in een autoclaaf van 200 ml gegoten en 48 uur op 200°C verwarmd. De 2D VO₂ microarrays werden gekweekt op het organisch-waterige grensvlak en afgezet in de waterige fase. Onder centrifugeren, de synthese en de 2D VO₂ microarrays werden verzameld uit de waterige fase. Eindelijk, de als verzamelde 2D VO₂ microarrays werden 2 uur in vacuüm bij 200 ° C gedroogd.

Materiaalkarakterisering

De XRD-patronen van de resulterende producten werden verzameld met een röntgendiffractometer (XRD, D5005HR) met CuKa-straling onder een spanning van 40 kV en een stroomsterkte van 40 mA. De monstermorfologie werd onderzocht met een transmissie-elektronenmicroscopie (TEM, JEM-2100F). De microscopische kenmerken van de monsters werden verzameld met een veldemissie-scanmicroscoop (FESEM, SU-70) uitgerust met een röntgenenergie-dispersieve spectrometer (EDS). De oppervlaktesamenstelling werd onderzocht met röntgenfoto-elektronspectra (XPS, ESCALAB 250). Het Brunauer-Emmett-Teller (BET)-oppervlak en de porositeit werden bepaald door stikstofadsorptie-desorptie-isothermmetingen met behulp van een Micrometritics ASAP 2020-analysator bij 77 K.

Elektrochemische karakterisering

De elektrochemische kenmerken werden onderzocht door een elektrochemisch analysesysteem (CHI660D Shanghai Chenhua Apparatus, China) in een cel met drie compartimenten. De werkelektroden bestonden uit 80 gew.% actief materiaal, 10 gew.% acetyleenzwart (AB) en 10 gew.% polyvinylideendifluoride (PVDF). N -methyl-2-pyrrolidon (NMP) werd als oplosmiddel gebruikt. De gemengde slurries werden gecoat op Ni-folies en vervolgens gedurende de nacht bij 80°C verwarmd om het organische oplosmiddel te verwijderen. De elektrolyt was 1 mol l⁻¹ Na₂ SO₄ oplossing. Cyclische voltammetrie (CV)-curven werden geregistreerd met behulp van een elektrochemisch werkstation PARSTAT 2273 met verschillende scansnelheden. De elektrochemische impedantiemetingen werden uitgevoerd bij 10 mV ac oscillatie-amplitude over het frequentiebereik van 10 tot 0,01 kHz. De elektrische geleidbaarheid werd gemeten bij kamertemperatuur met een ST-2258A digitaal vierpuntsprobe-testsysteem. Voorafgaand aan de meting werden monsterpoeders samengeperst tot een wafel met een dikte van 0,2 mm en een diameter van 13 mm door een oliedrukmachine onder een druk van 30 MPa.

Resultaten en discussie

Voorbereidingsproces van 2D VO₂ microarrays werd geïllustreerd in Schema 1. V₂ O₅ werd eerst opgelost in een H₂ O₂ waterige oplossing en gebruikt als de waterige fase. Tolueenoplossing bevatte oliezuur en tert -butylamine werd gebruikt als de organische fase. De waterige en organische oplossing lossen elkaar niet op en vormen een waterig-organisch vloeistofgrensvlak. Deze vloeibare interface werd gebruikt als sjabloon voor de vorming van 2D VO₂ microarrays. Onder hydrothermische omstandigheden, tert -butylamine opgelost in waterige oplossing om de pH-waarde te verhogen, en dus V⁵⁺ zal worden verminderd door oliezuur aan het vloeistofgrensvlak. Zoals weergegeven in Schema 1, VO₂ nanosheets werden eerst gevormd op het vloeistofgrensvlak en vervolgens naaldachtige VO₂ eenheden met een mesoporeuze structuur werden op de nanosheets in waterige fase aan het vloeistofgrensvlak gekweekt. Door de groei van naaldachtige VO₂ eenheden, werden de gevormde nanosheets omgezet in de aggregaten van nanodeeltjes in de organische fase, en daarom werden uiteindelijk 2D-microarrays gevormd.

Illustratie van het vormingsproces van 2D VO₂ mesoporeuze microarrays

Afbeelding 1a toonde het SEM-beeld van de 2D VO₂ microarrays (aangeduid als VO₂ -N microarrays), waarin de microarrays een uniforme structuur vertoonden met een grootte van meer dan enkele millimeters. Bij hoge vergroting (afb. 1b, d en aanvullend bestand 1:figuur S1) werden twee verschillende oppervlakken gevormd in waterige en organische fase aan het vloeistofgrensvlak. Figuur 1b toont het oppervlak gevormd in de waterige fase. Het is te zien dat de 2D-microarrays waren samengesteld uit edge-shared naaldachtige eenheden. De dikte van de microarrays was ongeveer 1 m. Wat betreft de naaldachtige VO₂ eenheid, de breedte van ca. 350 nm en de lengte van 1 μm werden verkregen (afb. 1c en aanvullend bestand 1:figuur S1c, d). Afbeelding 1c toonde de TEM-afbeelding van de VO₂ naaldachtige eenheden. De grootte van de deeltjes was ongeveer 1 m, wat overeenkomt met de SEM-waarneming. Het elektronendiffractiepatroon (ED) van het deeltje duidde op een enkelkristalkarakter. Er kan worden vastgesteld dat de naaldachtige eenheden een uniforme poreuze structuur hebben. Poriën met een uniforme grootte van 2 nm werden verdeeld over de naaldachtige deeltjes. De diepte van de poriën varieerde van 20 tot 100 nm en de breedte was ongeveer 20 nm. Het specifieke oppervlak en de porositeit van Brunauer-Emmett-Teller (BET) onderzocht door stikstofadsorptie-desorptie-analyse werden getoond in figuur 2a. Afgeleid van de stikstofadsorptie/desorptie-isothermcurve was het oppervlak van de 2D-microarray 80 m² /g, toegeschreven aan de isotherm type IV met een H1-hysteresislus [43, 44]. Zoals weergegeven in figuur 2a, vertoonde de 2D-microarray een smalle poriegrootteverdeling, die voornamelijk varieerde van 1,9 tot 3,8 nm met een gemiddelde poriediameter van 2,85 nm. De corresponderende poriën moeten voornamelijk gerelateerd zijn aan die in de naaldachtige eenheden, zoals blijkt uit figuur 1c. Deze resultaten suggereerden dat de 2D-microarrays een typische mesoporeuze structuur waren, die een uniforme korte en snelle iondiffusieroute zou kunnen bieden voor hoge prestaties in supercondensatoren. Afbeelding 1d en aanvullend bestand 1:Afbeelding S1a, b toonde het oppervlak van 2D VO₂ microarrays gevormd in organische fase op het vloeistofgrensvlak. Dit oppervlak bestond uit onregelmatige deeltjes met een grootte van ca. 200 nm. Figuur 2b toonde het XRD-patroon van de microarrays. De diffractiepieken bij 16°, 25°, 30° en 49° kwamen overeen met de (200), (110), (− 401) en (312) kristalvlakken van VO₂ (B) fase (JCPDS nr. 31-1438) [45], respectievelijk, terwijl de diffractiepieken bij 37° overeenkwamen met het (011) kristalvlak van VO₂ (R) fase. Dit resultaat gaf aan dat de VO₂ microarrays waren een mengsel van VO₂ (B) en VO₂ (R) fasen, en de hoofdfase was VO₂ (B), wat wenselijk is voor krachtige capaciteiten.

SEM-afbeeldingen van de VO₂ 2D-microarrays (a ) en de oppervlakken gevormd in waterige (b ) en organisch (d ) fase. TEM-beeld van de mesoporeuze VO₂ eenheden (c )

N₂ adsorptie-desorptie-isothermen met bijbehorende poriegrootteverdeling (a ) en XRD-patroon van 2D VO₂ microarrays (b )

De 2D VO₂ microarrays toonden in dit werk een unieke multistructuur gevormd in waterige en organische fasen. Deze unieke structuur kan worden toegeschreven aan de anorganische-organische vloeistofinterface. Aanvullend bestand 1:Afbeelding S2 toont de kinetiek van de vorming van 2D-microarrays. Wanneer ze gedurende 1 uur worden gesynthetiseerd, kunnen millimetergrote vellen met een dikte van ca. 100 nm werden verkregen (aanvullend bestand 1:figuur S2a). In TEM (aanvullend bestand 1:figuur S2b, c) heeft de plaat een enkelkristalkarakter en werden aanzienlijke nanokristallen met een grootte van 5 nm op het oppervlak waargenomen. In de waterige fase waren de nanokristallen die op het bladoppervlak werden gevormd de zaden voor het bevorderen van de groei van naaldachtige VO₂ eenheden. Extra bestand 1:Afbeelding S2d, e geeft de SEM-afbeeldingen weer die gedurende 8 uur zijn gesynthetiseerd. Deeltjes met een onregelmatige morfologie die op de platen groeiden, werden waargenomen in de waterige fase. Toen ze gedurende 16 uur werden gesynthetiseerd, hadden sommige deeltjes een vergelijkbare morfologie als die van de VO₂ naaldachtige eenheden (aanvullend bestand 1:figuur S2f). Deze waarnemingen suggereerden dat de VO₂ naaldachtige eenheden groeiden op het eerst gevormde vel in waterige oplossing en vervolgens transformeerden de vellen in de aggregaten van onregelmatige deeltjes in organische fase (Fig. 1c en Aanvullend bestand 1:Figuur S1).

De morfologie van de 2D-microarrays kan worden gecontroleerd door het oplosmiddel, het reductiemiddel en de oppervlakteactieve stof te veranderen. Aanvullend bestand 1:Afbeelding S3 toont de VO₂ microarrays gesynthetiseerd met behulp van ultrapuur water als de waterige fase (aangeduid als VO₂ -S). De lage diëlektrische constante van ultrapuur water zal de kiemvorming en groei van VO₂ vertragen deeltjes. Na de synthese verdween het vel gevormd in de organische fase niet, en bloemen samengesteld uit nanovel werden waargenomen vanaf het oppervlak gevormd in waterige oplossing. De nanosheets hebben een afmeting van meer dan 30 m en een dikte van 100 nm, en naaldachtige deeltjes werden niet waargenomen. Aanvullend bestand 1:Afbeelding S4 toonde de VO₂ microarrays (aangeduid als VO₂ -F microarrays) met hydrazine toegevoegd in waterige oplossing als reductiemiddel. Er werden ook 2D-microarrays verkregen voor de monsters die waren gesynthetiseerd met hydrazine als reductiemiddel, en aan de andere kant de VO₂ eenheden veranderden in een fusiformis-achtige morfologie. De fusiformis-achtige eenheden assembleerden zichzelf tot staafachtige aggregaten zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:figuur S4b, c. Het is vermeldenswaard dat er geen poreuze structuur werd geïdentificeerd voor de fusiformis-achtige en nanosheet-eenheden die zijn gesynthetiseerd met hydrazine en ultrapuur water, zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:figuren S3e en S4d. Wanneer oleylamine werd gebruikt in plaats van butylamine, werden nanokubussen met een grootte van 200 nm gedispergeerd in tolueenoplossing verkregen en werden geen microarrays waargenomen bij het vloeistofgrensvlak, zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:figuur S5.

Afbeelding 3 toont de XPS-spectra van 2D VO₂ -N microarrays. In het onderzoeksgebied werden koolstof, vanadium en zuurstof gedetecteerd (figuur 3a). De verhouding van het O-atoom en het V-atoom was ongeveer 2, wat goed overeenkomt met de stoichiometrische verhouding van VO₂ . Figuur 3b toont de bindingsenergie op kernniveau voor V (2p)-pieken. De bindingsenergieën voor V 2p_3/2 en 2p_1/2 waargenomen bij 516.7 en 524,6 eV kwamen goed overeen met die van V⁴⁺ ion, en geen andere pieken behoren tot V⁵⁺ werden gedetecteerd [46].

XPS-spectra:onderzoeksscan. een V 2p en b O van 2D VO₂ microarrays

Cyclische voltammogrammen (CV) werden gemeten om de supercondensatorprestaties van de VO₂ te karakteriseren -N microarrays (Fig. 4a). De CV-curven behielden een vergelijkbare rechthoekige vorm, zelfs bij een hoge zwaaisnelheid. De symmetrische vormen die werden waargenomen in CV-curven bij verschillende scansnelheden gaven aan dat de redoxreactie zeer omkeerbaar is en verantwoordelijk is voor de verbeterde capaciteitsprestaties. Elektrochemische impedantiespectrum (EIS) -test werd gebruikt om de kinetiek van ladingsdragertransport te onderzoeken (figuur 4b). De rechte lijn bij lage frequentie afgeleid van de Warburg-impedantie. De VO₂ -N microarrays vertoonden een sterk verhoogde helling die sloot tot 90 °, wat het ideale capacitieve gedrag en de korte diffusieweerstand van elektrolyte-ionen in de elektrode impliceert. In het hoogfrequente gebied kwam de halve cirkel uit de weerstand parallel aan de capaciteit. De halve cirkel werd geïdentificeerd voor alle drie soorten 2D-microarrays, die voortkwamen uit het ladingsoverdrachtsproces van Faradaïsche reacties. De VO₂ -N microarrays vertoonden de laagste verminderde equivalente serieweerstand (ESR) van 1,07 Ω. De aanzienlijk verlaagde halve cirkel en lage inwendige weerstand suggereerden snel ionentransport binnen de VO₂ -N microarray-elektrode.

CV-curven met scansnelheden van 5–50 mV/s (a ) en EIS-spectra van 2D VO₂ microarrays (b )

Afbeelding 5a toonde de galvanostatische laad-ontlaadcurven van de VO₂ -N microarray-elektrode bij de stroomdichtheid varieerde van 0,5 tot 10 A / g, en de overeenkomstige specifieke capaciteiten werden geïllustreerd in figuur 5b. Binnen het hele stroomdichtheidsbereik is de VO₂ -N microarray-elektrode leverde hoge specifieke capaciteiten op. De capaciteit van 275 F/g werd verkregen bij 0,5 A/g en de capaciteit van 265 F/g bij 1 A/g verkreeg een capaciteitsbehoud van 96% ter vergelijking met die bij 0,5 A/g. Bij 10 A/g was de capaciteit 182 F/g, wat een capaciteitsbehoud van 66% handhaafde. Het langetermijncyclusgedrag van de capacitieve prestaties werd onderzocht tot 3000 cycli bij een stroomdichtheid van 2 A/g (Fig. 5c). Er werd geen capaciteitsvervaging waargenomen tijdens het fietsen voor VO₂ -N microarray-elektrode en de capaciteit van 239 F/g bleef ongewijzigd na 3000 cycli. Ondertussen waren in andere typen microarrays zonder de mesoporeuze structuur de specifieke capaciteiten slechts 96 en 64 F/g (1 A/g) voor de VO₂ -S en VO₂ -F 2D-microarrays, respectievelijk (aanvullend bestand 1:figuur S6c). De capaciteit nam dus snel af tot 73 F/g, pas na 300 cycli bij 1 A/g voor VO₂ -S microarray zoals weergegeven in Aanvullend bestand 1:Afbeelding S6.

een Laad-ontlaadcurves bij de stroomdichtheid tussen 0,5 en 10 A/g, b overeenkomstige specifieke capaciteit, en c fietsprestaties van 2D VO₂ microarrays bij 1 A/g

Het kan worden vastgesteld dat de VO₂ -N microarray behaalde uitstekende capaciteitsprestaties. Tot nu toe de hoogste capaciteit van pure VO₂ was 180 F/g bij een stroomdichtheid van 1 A/g [35]. De capaciteit van VO₂ -N microarray bereikte 265 F/g bij 1 A/g, en de capaciteitsretentie was hoog bij hoge stroomdichtheid (182 F/g bij 10 A/g). Bovendien waren de cyclusprestaties van de microarray uitstekend. Over het algemeen zijn de cyclusprestaties van pure VO₂ was erg slecht vanwege de lage elektrische geleidbaarheid; de capaciteitsretentie nam af tot ongeveer 60% na 500 cycli [28,29,30,31,32,33,34,35]. Aan de andere kant werd er geen capaciteitsvervaging waargenomen tijdens het fietsen voor VO₂ -N microarray-elektrode na 3000 cycli bij een hoge stroomdichtheid (2 A/g). Voor de op het Faradaïsche effect gebaseerde pseudocapaciteit, waren ionenintercalatie en reactie het dominante fenomeen nabij het oppervlak, weinig bijdrage van de binnenkant van het deeltje aan de capaciteit. Een groot specifiek oppervlak zal de specifieke capaciteit aanzienlijk maximaliseren, met de verdere bijdrage van het dubbellaagse capaciteitseffect. In dit werk wordt de uniforme mesoporeuze structuur van de VO₂ eenheden in de VO₂ -N 2D-microarrays zorgden voor een hoog oppervlak en een korte ionendiffusieroute voor het realiseren van een grote specifieke capaciteit. In andere soorten microarrays hebben we echter geen mesoporeuze structuur waargenomen (aanvullend bestand 1:figuren S3 en S4) en hun INZET-oppervlakte was slechts 21 en 13 m² /g voor VO₂ -S en VO₂ -F 2D microarrays, respectievelijk. Verder is de VO₂ -N 2D microarray behaalde de hogere geleidbaarheid vergeleken met de VO₂ -S en VO₂ -F 2D microarrays, met uitstekende cyclusprestaties van VO₂ -N 2D microarray.

Conclusies

Samenvattend rapporteren we een gemakkelijke manier om de 2D VO₂ . te fabriceren microarrays. De organisch-anorganische vloeistofinterface fungeerde als een zachte sjabloon voor de vorming van de microarrays. De morfologie van de eenheden kan worden gecontroleerd door het oplosmiddel en het reductiemiddel te veranderen. Naaldachtige nanosheets en fusiformis-achtige eenheden werden verkregen. Als de supercondensatorelektrode, de 2D VO₂ microarrays van naaldachtige eenheden vertoonden een hoge specifieke capaciteit, opmerkelijk snelheidsvermogen en uitstekende cyclusprestaties. De mesoporeuze structuur van de naaldachtige eenheden en de hoge geleidbaarheid van de microarrays droegen bij aan de uitstekende capaciteitsprestaties.