這里,通過機械化學反應(或球磨法)在干冰條件下制備了邊緣羧基化石墨烯納米片(ECG),將其用作有效的電極材料用于超級電容器。與傳統溶液剝離石墨制得的氮摻雜羧基石墨烯(NGOOH)相比,該ECG有較高含量的邊緣羧基官能團,結構缺陷較少。ECG結構缺陷水平約為16.2%,而NGOOH高達48.9%。邊緣羧基化增加了石墨烯本身的電活性表面積,親水性和可潤濕性,且其內在特性不會遭受嚴重破壞,例如化學,機械和電子特性。該ECG可以在石墨烯孔內實現更有效的離子吸附和快速的電解質擴散,在1 A/g電流密度下,電容達到365.72 F/g,還具有良好的充電放電性能和倍率特性。而NGOOH的儲能性質顯著降低,電容只有175.05 F/g,這可能是因為NGOOH本身的高結構缺陷性影響其電學性質。
Figure 1. NGOOH,ECG,和HECG的合成示意圖。
Figure 2. NGOOH,ECG,和HECG的(a)SEM圖和(b)AFM圖。
Figure 3.G,NGOOH,ECG,和HECG的(a)XRD圖和(b)FTIR圖。
Figure 4.不同電極材料在1 M H2SO4電解液中的CVs曲線,掃速為20 mV s-1,(b)恒電流充放電曲線,電流密度為1 A g-1,(c)比電容與電流密度的關系,以評估倍率特性,(d)ECG的穩定性測試,在三電極體系中2 A g-1電流密度下循環10000圈。
Figure 5. ECG中含氧羧基官能團在可逆贗電容反應中的工作機制。
該研究工作由韓國東國大學ae-Joon Lee課題組于2019年發表在Carbon期刊上。原文:Edge-carboxylated graphene nanoplatelets as efficient electrode materials for electrochemical supercapacitors(Carbon 142 (2019) 89e98)。