在這項工作中,胺官能化的金屬有機骨架(UiO-66-NH
2=Zr
6O
4(OH)
4(bdc-NH
2)
6; bdc-NH
2=2-氨基-1,4-苯二甲酸)(UiO-Universitetet i Oslo)的共價連接,通過酰胺鍵共價連接到羧酸鹽官能化的石墨烯(石墨烯酸=GA)的基面上。所得的GA@UiO-66-NH
2雜化物顯示出大的比表面積、分層的孔和相互連接的導電網絡。電化學特性表明,雜化GA@UiO-66-NH
2是一種有效的電荷存儲材料,其電容高達651 F g
-1,大大高于傳統的基于石墨烯的材料。結果表明,酰胺鍵在π共軛結構的形成中起關鍵作用,它有助于電荷轉移,因此具有良好的電容和循環穩定性。此外,為了實現實際可行性,已經構造了使用GA@UiO-66-NH
2正電極和Ti
3C
2T
X MXene作為對電極的不對稱超級電容器。該電池能夠提供高達16 kW kg
-1的功率密度和高達73 Wh kg
-1的能量密度,可與多種商用設備(如鉛酸電池和Ni/MH電池)相媲美。在中等負載水平下,該器件在10000次循環后仍保持其初始電容的88%。
Figure 1. a)在溶劑熱條件下,通過酰胺鍵將GA和UiO-66-NH
2共價組裝為GA@UiO-66-NH
2的示意圖。b)酰胺鍵;c)UiO-66-NH
2和GA@UiO-66-NH
2的PXRD圖譜。d)GA@UiO-66-NH
2的N
2吸附等溫線。插圖:孔徑分布。
Figure 2. GA@UiO-66-NH
2的微觀形貌分析:(a)GA的HRTEM圖;(b-d)GA@UiO-66-NH
2的TEM圖;GA@UiO-66-NH
2的(e)HAADF圖,(f)碳、(g)Zr、(h)N和(i)O的元素曼譜圖
Figure 3. GA@UiO-66-NH
2電極在三電極裝置中的電化學性能
Figure 4. GA@UiO-66-NH
2//Ti
3C
2T
x非對稱超級電容器在1 M Na
2SO
4下的電化學性能
相關研究成果于2021年由帕拉茨基大學Kolleboyina Jayaramulu課題組,發表在Adv. Mater.(DOI: 10.1002/adma.202004560)上。原文:Covalent Graphene-MOF Hybrids for High-Performance Asymmetric Supercapacitors。
轉自《石墨烯雜志》公眾號