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西安交通大學(xué)Kedian Wang課題組--激光誘導(dǎo)氮摻雜分級(jí)多孔石墨烯用于增強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能

采用一步法可控合成雜原子摻雜分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。這對(duì)于結(jié)構(gòu)-工程化石墨烯材料作為高性能電極用于能源及先進(jìn)領(lǐng)域尤其重要。這里提出了一種簡(jiǎn)便且通用的方法,即大氣環(huán)境下使用高重復(fù)頻率皮秒激光技術(shù)制備了可圖案化氮摻雜分級(jí)多孔的氧化石墨烯。激光誘導(dǎo)的氮摻雜石墨烯(LING)實(shí)現(xiàn)的最大面積電容達(dá)60.7 mF/cm2,該性能是未摻雜多孔石墨烯的3倍。在電流密度為10 mA/cm2時(shí)進(jìn)行循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試,經(jīng)過(guò)25,000次恒電流充放電后,電容值仍能保持初始值的98.7%。重要的是,所制備的LING電極材料具有高的能量和功率密度,這可歸因于分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)與氮摻雜以及缺陷工程三者間的協(xié)同效應(yīng)。這里所提出的激光誘導(dǎo)一步合成LING也可應(yīng)用于其他雜原子摻雜分級(jí)多孔石墨烯基電極,進(jìn)而用于高性能電化學(xué)能源存儲(chǔ)。

Figure 1.a)通過(guò)激光誘導(dǎo)合成LING材料的原理示意圖,(bLING電極粘結(jié)在柔性PET基底上的光學(xué)照片,(cLING薄膜的橫截面SEM圖,呈現(xiàn)了一個(gè)多孔的三維結(jié)構(gòu),(dLING納米片衍生于GO/尿素混合物,在激光照射下有更大的晶面間距

                             
Figure 2. LING-0.2WaLSCM和(b-cSEM圖, LING-0.4W的(dLSCM和(e-fSEM圖,LING-0.6W的(gLSCM和(h-iSEM 

Figure 3. aGOGO/尿素薄膜的Raman譜,(bLING-0.2WLING-0.2W薄膜的Raman譜,(cLING-0.4WLING-0.6W薄膜的Raman譜,(dLING薄膜在不同掃描速度下的Raman譜,(e-fLING薄膜在不同掃描速度下的ID/IG 比例, I2D/IG 比例和FWHM值, LING-0.2W薄膜的(gTEM和(hHRTEM圖,(i)圖h中標(biāo)識(shí)的區(qū)域的FFT

Figure 4. LIG-0.2WLING-0.2W電極在0.1 M Na2SO4溶液中的電化學(xué)性能表征。aCV曲線,(bGCD曲線,(c)不同電極的比電容值比較,(d)電化學(xué)阻抗譜比較。

Figure 5.aLING-0.2W電極在不同掃速下的CV曲線,(b)不同電流密度下的GCD曲線按,(c10 mA/cm2電流密度下進(jìn)行循環(huán)穩(wěn)定性評(píng)估,(d-eLIG-0.2WLING-0.2W電極,以及先前報(bào)道的儲(chǔ)能裝置的Ragone曲線比較,顯示了能量密度與功率密度。

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該研究工作由西安交通大學(xué)Kedian Wang課題組于2019發(fā)表在Carbon期刊上。原文Laser-induced nitrogen-doped hierarchically porous graphene for advanced electrochemical energy storagehttps://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.05.037

 
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