本文要点:一种新型的石墨烯量子点增强电纺碳纳米纤维织物(AGRCNF)
高比表面积,良好的导电性和较高的机械强度对于碳纳米纤维织物(CNF)作为高性能超级电容器电极非常重要。但是,由于要在强而连续的导电网络与发达的多孔结构之间进行权衡,这仍然是一个巨大的挑战。本文,报告了一种简单的策略,可通过添加石墨烯量子点(GQD)将这些特性集成到电纺CNF中。均匀嵌入的GQD在构建整个增强相和导电网络中起着至关重要的双功能作用。与纯CNF相比,GQD增强的活化CNF的表面积从140到2032m2g^–1大大增加导电率和强度分别显着提高了5.5倍和2.5倍。深入研究了增强作用的机理。作为独立式超级电容器电极,该织物在1Ag^–1时具有335Fg^–1的高电容,在100Ag^–1时具有77%的极高电容保持率,在500Ag^–1时具有 45%的超高电容保持率。重要的是,对称器件可以在2.2s内充电到80%的电容,显示出大功率启动电源的巨大潜力。
图1.通过静电纺丝,碳化和化学活化制备AGRCNF的示意图。GQD由于其强大的交联作用和高结晶度,在构建整个增强相和导电网络中起着至关重要的双功能作用。
图2.(a)多次抓握,折叠,扭曲和释放后制备的AGRCNF-3织物的照片。
(b)AGRCNF-3织物(700μm,34 mg)可以拉起200g的重量。
图3.(a)CNF,GRCNF和AGRCNF-3的N 2吸附-解吸等温线和(b)孔径分布。
(c)比较文献中AGRCNFs与石墨烯织物(GFs),石墨烯/碳纳米管复合织物(G / CNT),活性碳纤维织物(ACFs)和ECNFs的比表面积。
(d)所制备样品的拉伸应力和电导率。
(e)CNF,GRCNF和AGRCNF-3的XRD图谱和(f)拉曼光谱。
图4. CNF的(a1,b1)SEM图像和(c1)HRTEM图像。GRCNF的(a2,b2)SEM图像和(c2)HRTEM图像。AGRCNF-3的(a3,b3)SEM图像和(c3)HRTEM图像。
图5.(a)电纺样品E-PAN和EG / PAN
(b)预氧化样品PO-PAN和PO-G / PAN,
(c)CNF和GRCNF的FT-IR图。(d)XPS,
(e)CNS和GRCNF的XPS C 1s光谱中碳成分的含量,
(f)XPS O 1s光谱中氧成分的含量。
(g)PAN链的预氧化过程。
(h)GQD和PAN链之间可能的反应机制。
图6.两电极系统中样品的电化学性能
该研究为实现极高速率的碳电极性能提供了整体改进策略,该电极可能会应用于超级电容器以外的其他储能设备。
文献:
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*