石墨烯量子點增強電紡碳納米纖維織物,用於超級電容器等

本文要點:一種新型的石墨烯量子點增強電紡碳納米纖維織物(AGRCNF)

  高比表面積,良好的導電性和較高的機械強度對於碳納米纖維織物(CNF)作為高性能超級電容器電極非常重要。但是,由於要在強而連續的導電網絡與發達的多孔結構之間進行權衡,這仍然是一個巨大的挑戰。本文,報告了一種簡單的策略,可通過添加石墨烯量子點(GQD)將這些特性集成到電紡CNF中。均勻嵌入的GQD在構建整個增強相和導電網絡中起著至關重要的雙功能作用。與純CNF相比,GQD增強的活化CNF的表面積從140到2032m2g^–1大大增加導電率和強度分別顯著提高了5.5倍和2.5倍。深入研究了增強作用的機理。作為獨立式超級電容器電極,該織物在1Ag^–1時具有335Fg^–1的高電容,在100Ag^–1時具有77%的極高電容保持率,在500Ag^–1時具有 45%的超高電容保持率。重要的是,對稱器件可以在2.2s內充電到80%的電容,顯示出大功率啟動電源的巨大潛力。

石墨烯量子點增強電紡碳納米纖維織物,用於超級電容器等

圖1.通過靜電紡絲,碳化和化學活化製備AGRCNF的示意圖。GQD由於其強大的交聯作用和高結晶度,在構建整個增強相和導電網絡中起著至關重要的雙功能作用。

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圖2.(a)多次抓握,摺疊,扭曲和釋放後製備的AGRCNF-3織物的照片。

(b)AGRCNF-3織物(700μm,34 mg)可以拉起200g的重量。

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圖3.(a)CNF,GRCNF和AGRCNF-3的N 2吸附-解吸等溫線和(b)孔徑分佈。

(c)比較文獻中AGRCNFs與石墨烯織物(GFs),石墨烯/碳納米管複合織物(G / CNT),活性碳纖維織物(ACFs)和ECNFs的比表面積。

(d)所製備樣品的拉伸應力和電導率。

(e)CNF,GRCNF和AGRCNF-3的XRD圖譜和(f)拉曼光譜。

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圖4. CNF的(a1,b1)SEM圖像和(c1)HRTEM圖像。GRCNF的(a2,b2)SEM圖像和(c2)HRTEM圖像。AGRCNF-3的(a3,b3)SEM圖像和(c3)HRTEM圖像。

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圖5.(a)電紡樣品E-PAN和EG / PAN

(b)預氧化樣品PO-PAN和PO-G / PAN,

(c)CNF和GRCNF的FT-IR圖。(d)XPS,

(e)CNS和GRCNF的XPS C 1s光譜中碳成分的含量,

(f)XPS O 1s光譜中氧成分的含量。

(g)PAN鏈的預氧化過程。

(h)GQD和PAN鏈之間可能的反應機制。

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圖6.兩電極系統中樣品的電化學性能

  該研究為實現極高速率的碳電極性能提供了整體改進策略,該電極可能會應用於超級電容器以外的其他儲能設備。

文獻:

Graphene Quantum Dot Reinforced Electrospun Carbon Nanofiber Fabrics with High Surface Area for Ultrahigh Rate Supercapacitors

Jing Zhao,Jiayao Zhu,Yutong Li,Luxiang Wang,Yue Dong,Zimu Jiang,Chengwei Fan,Yali Cao,Rui Sheng,Anjie Liu,Su Zhang*,Huaihe Song,Dianzeng Jia*,Zhuangjun Fan*


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