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復旦大學Huan-Ming Xiong研究團隊--整合碳點與多孔水凝膠構建全碳電極用于雙電層電容器
      作為一類雙電層電容器(EDLC)電極材料,碳點(CD)能夠提供更大的特定表面積,分級多孔結構,嫁接有贗電容官能團,從而導致額外的電容及卓越的能量密度。在這項工作中,商業聚丙烯酰胺凝膠(PAMG)被用作CD的良好宿主,它有連續相互交聯的孔結構,良好的溶脹能力,以至于形成連續的導電碳骨架。在碳活化處理后,CD融合到碳結構上,形成一系列具有特定官能團的多孔碳材料。不同種類的CD被制備,包括摻氧,摻氮和氧、氮共摻雜的CD,并分別對其進行電化學測試。當它們組裝為電極用于EDLC時,表現出卓越的性能,比電容達401−483 F g-1,倍率穩定性高于75%(1-30 A g-1),能量密度為17-23 Wh kg-1,循環壽命接近100%。這些結果證明,該研究所提出的方法(碳活化CDs-多孔(水)凝膠復合材料)是一個制備優質碳電極材料的普適方法。
 
Figure 1. 用商業的PAMG和不同種類的CDs 制備HPC 材料的過程示意圖。
 

Figure 2. PAMG(1)和CD/PAMG混合物(2-4,OCD/PAMG,NCD/PAMG和ONCD/PAMG)分別在(A)太陽光下和(B)紫外光下的數碼照片。
 

Figure 3. (A)氮吸附-解吸等溫曲線和(B)通過DFT方法計算的孔徑分布。(C,D)不同樣品里中孔/微孔的比例。
 

Figure 4. (A)HPC,(B)OCD/HPC,(C)NCD/HPC和(D)ONCD/HPC的FESEM圖。(E-H)在更大倍數下的FESEM圖。
 

Figure 5.(A)HPC,(B)OCD/HPC,(C)NCD/HPC和(D)ONCD/HPC中N元素的高分辨XPS光譜。(E)有/無官能團修飾表面的示意圖比較。
 

Figure 6. 不同電極材料在1 mol L-1 H2SO4水溶液中測試的電化學性能(三電極系統,飽和Hg/Hg2SO4作為參比電極)。(A)在掃描速率為10 mV s-1時的CV曲線。(B)在1 A g-1電流密度下的GCD曲線。 (C)比電容比較。(D)倍率特性。
 
      該研究工作由復旦大學Huan-Ming Xiong研究團隊于2020年發表在ACS Appl. Energy Mater.期刊上。原文:Integrating Carbon Dots with Porous Hydrogels to Produce Full Carbon Electrodes for Electric Double-Layer Capacitors。

摘自《石墨烯雜志》公眾號:

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