高比表面積、良好的導(dǎo)電性和高機(jī)械強(qiáng)度對(duì)于用作高性能超級(jí)電容器電極材料的碳纖維織物（CNFs）來說至關(guān)重要。然而，達(dá)到這些要求依然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)閳?jiān)固、連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)之間存在“此消彼長(zhǎng)”的聯(lián)系。在本文中，我們開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的策略，通過添加石墨烯量子點(diǎn)（GQDs），將這些性質(zhì)整合在靜電紡絲碳纖維織物中。被織物均勻包裹的的石墨烯量子點(diǎn)在構(gòu)筑整個(gè)增強(qiáng)相和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程中起到了重要的“雙功能”作用。與純的碳纖維織物相比，這種石墨烯量子點(diǎn)增強(qiáng)和活化過的碳纖維織物展現(xiàn)出了大大提高的比表面積（從140 m
2 g
-1 提升至 2032 m
2 g
-1），且導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度分別提高了5.5倍和2.5倍。這種強(qiáng)力增強(qiáng)作用的機(jī)制被深度地研究。作為自支撐的超級(jí)電容器電極，這種織物在1 A g
-1的電流密度下具有335 F g
-1的電容，并且在100 A g
-1和100 A g
-1的電流密度下分別表現(xiàn)出77%和45%的容量保留。重要的是，這種織物組成的對(duì)稱式裝置在2.2秒內(nèi)就能充入80%的容量，具有用于高功率啟動(dòng)設(shè)備的巨大潛力。
Figure 1. 通過靜電紡絲、碳化、化學(xué)活化制備高比表面積的石墨烯量子點(diǎn)增強(qiáng)的靜電紡絲碳纖維織物（AGRCNF）的示意圖。石墨烯量子點(diǎn)在增強(qiáng)相和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)筑中起到了雙功能作用，因?yàn)樗哂袕?qiáng)交聯(lián)作用和高結(jié)晶度。
Figure 2. (a) AGRCNF-3經(jīng)過多次緊握、折疊、扭曲、拉伸后的照片，（b）AGRCNF-3（700 μm，34 mg）拉起200 g重量的照片。
Figure 3. CNF，GRCNF，AGRCNF-3的（a） N
2吸脫附等溫線，（b）孔徑分布圖。（c）AGRCNF和文獻(xiàn)報(bào)道的石墨烯纖維（GFs）、石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維（G/CNT）、活化過的碳纖維織物（ACFs）、靜電紡絲碳纖維織物（ECNFs）之間比表面積對(duì)比圖。（d）樣品的拉力和導(dǎo)電性測(cè)試。CNF，GRCNF，和AGRCNF-3的（e）XRD譜圖，（f）Raman光譜。
Figure 4. CNF的SEM照片(a1，b1)，HRTEM照片（c1）。GRCNF的SEM照片(a2，b2)，HRTEM照片（c2）。AGRCNF-3的SEM照片(a3，b3)，HRTEM照片（c3）。
Figure 5. （a）靜電紡絲樣品E-PAN和E-G/PAN的FT-IR譜圖，（b）預(yù)氧化樣品PO-PAN和PO-G/PAN的FT-IR譜圖，（c）CNF和GRCNF的FT-IR譜圖，（d）CNF和GRCNF的XPS總譜，（e）CNF和GRCNF的 XPS C 1s 譜中所得的各組分碳的含量圖，（f）CNF和GRCNF的 XPS O 1s 譜中所得的各組分氧的含量圖，（g）PAN鏈條的預(yù)氧化過程，（h）GQDs和PAN鏈條間可能的反應(yīng)機(jī)理。
Figure 6. （a） mV s
-1掃速下的CV曲線，（b）1 A g
-1下的恒電流充放電曲線，（c）倍率性能圖，（d）三電極系統(tǒng)中所有樣品的EIS譜圖。
Figure 7. 所有樣品在兩電極系統(tǒng)中的電化學(xué)性能：（a）不同掃速下的CV曲線，（b）不同電流密度下的恒電流充放電曲線，AGRCNF-3//AGRCNF-3對(duì)稱式電容器的（c）電壓降，（d）倍率性能，（e）Ragone曲線。CNF，GRCNF，和AGRCNF-3器件的（f）EIS譜圖,（g）Bode曲線。AGRCNF-3//AGRCNF-3電容器在50 A g
-1下的循環(huán)性能。
本研究于2020年由新疆大學(xué)的 Su Zhang、Dianzeng Jia和中國(guó)石油大學(xué)的Zhuangjun Fan課題組發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces（預(yù)印本，DOI：10.1021/acsami.9b22408）
原文：Graphene Quantum Dot Reinforced Electrospun Carbon Nanofiber Fabrics with High Surface Area for Ultrahigh Rate Supercapacitors。
