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華東理工大學王庚超課題組--電泳-微波合成硫和氮摻雜石墨烯泡沫用于高性能超級電容器
      雜原子摻雜石墨烯的三維自支撐結構是超級電容器的理想電極材料。然而,簡易控制其組成和結構仍然是一個挑戰(zhàn)。這里報道了一種新的電化學-凝固型電泳沉積方法,包括氣泡模板法和原位微波還原過程,在超薄石墨紙上可控制備了硫、氮摻雜的石墨烯泡沫(dGF)。dGF材料擁有相互交錯的孔結構,高的比表面積,以及硫和氮共摻雜,顯示出高的比電容達354 F·g-1,以及良好的倍率性能。由于石墨紙作為沉積基底和原位微波還原引發(fā)劑的優(yōu)點,通過定制石墨紙的形狀可以方便地獲得叉指電極。組裝的柔性超級電容器的能量密度為71.5 W h kg-1(功率密度為0.65 kW kg-1),并且在10 000次充放電循環(huán)后仍能保持99.5%的比電容。該研究為構建石墨烯自支撐結構提供了一種理想的工藝流程,在催化、儲能和環(huán)保方面具有潛在的應用價值。
 
 
Figure 1.(a))dGF的形成機制。(b)dGF的FE-SEM圖像。(c) ATR-FTIR光譜,(d)拉曼光譜,和(e)GOF和dGF的XRD圖譜。(f–h) C 1s, N 1s, 和 S 2p XPS總譜。
 
  
Figure 2. (a–c)在不同沉積電壓下制備dGFs的表面FE-SEM圖像,(d)孔徑分布,(e)比表面積,(f)在50 mV s-1下的CV曲線,(g)倍率性能和(h) EIS譜(插圖顯示了高中頻區(qū)域的放大圖像)。
 
 
Figure 3.(a)在不同劑量PSS電解質中的電泳遷移率。(b)不同PSS劑量下的沉積電流-時間曲線。(c)硫含量和氮含量,(d)橫截面FE-SEM圖像,(e)接觸角,(f)倍率性能,和(g) 不同劑量PSS的dGFs的EIS譜(插圖顯示高頻-中頻區(qū)域的放大圖像)。
 
  
Figure 4.(a)兩個dGFs組裝叉指超級電容器,插圖顯示一個彎曲的超級電容器點亮了一個發(fā)光二極管氣泡管燈。超級電容器的電化學性能:(b)不同掃描速率下的CV曲線,(c)不同電流密度下的GCD曲線,(d)不同電流密度下的比電容,(e)不同彎曲角度下的CV曲線和(f)能量密度和功率密度曲線。(g)10,0 00次循環(huán)的充放電測試期間的電容保持率。
  
        該研究工作由華東理工大學Gengchao Wang課題組于2021年發(fā)表在J. Mater. Chem. A期刊上。原文:Electrophoresis-microwave synthesis of S,N-doped graphene foam for high-performance supercapacitors。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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