吴忠帅：电化学剥离石墨烯构建微型柔性超电容

nanobus

第一作者：周锋

通讯作者：吴忠帅、Klaus Müllen、冯新亮

通讯单位：中科院大化所、德国马普所、德国德累斯顿工业大学

研究亮点：

1. 发展了一种绿色的规模化制备氟掺杂石墨烯的电化学剥离方法。

2. 构建了一种准固态离子胶基高能量密度微型柔性超级电容器。

近年来，随着可穿戴、便携式电子设备以及微机电系统（如微型机器人、微型传感器）朝着轻薄短小、多功能集成方向的快速发展，急需开发与其相配套的高能量密度、柔性化、微型化储能器件。

石墨烯以其独特的二维结构，在平面微型储能器件的构筑方面具有明显的优势。同时，平面电化学器件中离子传输可以能沿着与石墨烯二维平面方向传播，有利于提高功率密度。但是，石墨烯基微型超级电容器还存在着能量密度偏低的问题。

有鉴于此，中科院大化所吴忠帅研究员与德国马普高分子研究所Klaus Müllen教授和德累斯顿工业大学冯新亮教授合作开发了一种绿色的可规模化生产氟掺杂石墨烯的电化学剥离方法。

该方法以石墨为原料，在中性含氟的水系电解液中，采用电化学方法一步实现了石墨的高效剥离和氟掺杂，以此可宏量制备出氟掺杂石墨烯。

经过表征分析表明，该方法可以成功制备纳米片片径为3~12 μm，层数少于3层占比超过70%的氟修饰石墨烯。在以离子液体为电解质的微型超级电容器性能测试中，通过与不含氟的石墨烯对比发现，氟的存在能极大的提高电化学剥离石墨烯的电容性能。

通过掩膜板协助过滤法得到氟掺杂石墨烯微电极，以高电压离子液体凝胶为电解质，成功组装出高比能全固态微型超级电容器，能量密度高达56 mWh/cm-3。同时，该微型超级电容器具有优异的柔性和循环稳定性，在弯曲的状态下5000次循环后容量保持率为93%。此外，该微型储能器件还表现出良好的模块化集成能力，可有效调控输出工作电压和容量。

总之，这项工作为制备用于高比能柔性超级电容器的掺杂石墨烯提供了新的思路，并为其在可穿戴器件中的应用提供了一定的基础。

参考文献：

ZhouF, Huang H, Xiao C, et al. Electrochemically Scalable Production of FluorineModified Graphene for Flexible and High-Energy Ionogel-basedMicro-supercapacitors[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b03235

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b03235