碳基超級電容器電極的能量密度通常受到限制，因為它們完全依賴于雙電層電容（EDLC）。引入氧化還原活性有機分子以獲得贗電容是開發具有提高能量密度的電極材料的一條很有前途的途徑。在這項工作中，本研究通過一步簡單的物理吸附方法開發了一種多孔氮摻雜的還原氧化石墨烯和9，10-菲醌復合材料（N-HtrGO/PQ）。使用循環伏安法對N-HtrGO/PQ進行的電化學評估顯示，當復合物由30%的9，10-菲醌和70%的N-HtrGO組成時，在1M H2SO4中的高電容為605 F g
–1。在沒有添加氧化還原活性分子的情況下，測得的電容顯著超過純N-HtrGO（257 F g
–1）。除了有希望的電容外，N-HtrGO/30PQ復合材料在20000次充電/放電循環后顯示出94.9%的電容保持率。基于傅立葉變換紅外光譜，本研究假設PQ分子和N-HtrGO基底之間的強π–π相互作用通過縮短電子轉移途徑來增強復合材料的比電容，同時提高結構穩定性。
圖1. （a，b）N-HtrGO/30PQ的TEM圖像。（e） N-HtrGO（綠色）和N-HtrGO/30PQ（藍色）的XRD圖譜。
圖2. （a）N-HtrGO和（b）N-HtrGO/30PQ的XPS測量光譜。
圖3. N-HtrGO/30PQ（藍色，頂部）和PQ（紅色，底部）的FTIR光譜。
圖4.(a、b) PQ(紅色)、N-HtrGO(綠色)和N-HtrGO/30PQ(藍色)的Nyquist圖，(c) N-HtrGO和N-HtrGO/30PQ在1 M硫酸中5 a g
-1作用下的GCD曲線，(d) PQ可逆氧化還原反應示意圖。
圖5.（a） 復合材料中不同PQ%的N-HtrGO/30PQ在50 mV s–1 in 1M硫酸下的CV曲線和（b）N-HtrGO/30PQ的循環穩定性在100 mV s
–1 1M硫酸鹽的掃描速率下。
圖6.（a）N-HtrGO，（b）50 mV/s下的N-HtrGO/30PQ的CV曲線，以及（c）指示不同反應機制的貢獻的條形圖。
相關研究成果由麥克馬斯特大學Drew Higgins等人2024年發表在ACS Omega (翻譯：https://doi.org/10.1021/acsomega.3c04836)上。原文：Redox-Active Phenanthrenequinone Molecules and Nitrogen-Doped Reduced Graphene Oxide as Active Material Composites for Supercapacitor Applications
轉自《石墨烯研究》公眾號
