Facile Fabrication of Co3O4@C@Tnas Heterojunction Composites with Enhanced Electrochemical Performance for Supercapacitors

A new type of supercapacitors based on the well aligned TiO₂ nanotube arrays (TNAs) modified with

 amorphous carbon and Co₃O₄ nanoparticles was prepared in this paper. Carbon-doped TNAs (C@TNAs) were fabricated by anodic oxidation of a pure titanium sheet in an aqueous 

solution containing 0.25M NH₄F and 7vol% H₂O directly, then followed by annealing 

the prepared TNAs samples in the Ar atmosphere, with the residual ethylene glycol absorbed on the

 TNAs wall during anodization as the carbon source. The C@TNAs were chosen as the 3D framework

 with larger surface area, easier access for the ions in the solution as well as the highly chemical

 stability, and the amorphous carbon could enhance the electric conductivity of TNAs. 

Co₃O₄ nanoparticles with the size of less than 15 nm were synthesized via the simple process of

 chemical bath deposition of cobalt acetate aqueous solution, which was as a result of the hydrolysis

 of Co²⁺ and simultaneously heterogeneous growth of Co₃O₄ nanoparticles on both the outer and

 inner surfaces of C@TNAs. The morphology, component and electrochemical property of 

Co₃O₄@C@ TNAs were characterized by field emission scanning electron microscope (FESEM),

 transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectrum, X-ray photoelectron 

spectroscopy (XPS), cyclic voltammetry (CV) and amperometry charge and discharge (CD), respectively.

 The influence of amorphous carbon on promoting electrochemical properties was discussed in this paper

 through comparing the CV of Co₃O₄ @ TNAs and Co₃O₄@C@ TNAs. After doped with amorphous carbon,

 a maximum specific capacitance of 689 F g^-1 has been obtained in 2M KOH aqueous electrolyte at current

 density of 1 A g^-1 with a potential window from 0 to 0.45 V (vs. Ag/AgCl). Furthermore, the specific 

capacitance retains 84 % based on the initial capacitance after 4000 cycles under high current density of 

10 A g^-1, revealing the excellent long term electrochemical stability of the sample even at high cycling rate. 

Co₃O₄@C@TNAs heterostructure composites will hode promise for one of the best electrode systems for high 

performance supercapacitors.