碳基超級電容器電極的能量密度通常受到限制，因為它們完全依賴于雙電層電容（EDLC）。引入氧化還原活性有機(jī)分子以獲得贗電容是開發(fā)具有提高能量密度的電極材料的一條很有前途的途徑。在這項工作中，本研究通過一步簡單的物理吸附方法開發(fā)了一種多孔氮摻雜的還原氧化石墨烯和9，10-菲醌復(fù)合材料（N-HtrGO/PQ）。使用循環(huán)伏安法對N-HtrGO/PQ進(jìn)行的電化學(xué)評估顯示，當(dāng)復(fù)合物由30%的9，10-菲醌和70%的N-HtrGO組成時，在1M H2SO4中的高電容為605 F g
–1。在沒有添加氧化還原活性分子的情況下，測得的電容顯著超過純N-HtrGO（257 F g
–1）。除了有希望的電容外，N-HtrGO/30PQ復(fù)合材料在20000次充電/放電循環(huán)后顯示出94.9%的電容保持率。基于傅立葉變換紅外光譜，本研究假設(shè)PQ分子和N-HtrGO基底之間的強(qiáng)π–π相互作用通過縮短電子轉(zhuǎn)移途徑來增強(qiáng)復(fù)合材料的比電容，同時提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
圖1. （a，b）N-HtrGO/30PQ的TEM圖像。（e） N-HtrGO（綠色）和N-HtrGO/30PQ（藍(lán)色）的XRD圖譜。
圖2. （a）N-HtrGO和（b）N-HtrGO/30PQ的XPS測量光譜。
圖3. N-HtrGO/30PQ（藍(lán)色，頂部）和PQ（紅色，底部）的FTIR光譜。
圖4.(a、b) PQ(紅色)、N-HtrGO(綠色)和N-HtrGO/30PQ(藍(lán)色)的Nyquist圖，(c) N-HtrGO和N-HtrGO/30PQ在1 M硫酸中5 a g
-1作用下的GCD曲線，(d) PQ可逆氧化還原反應(yīng)示意圖。
圖5.（a） 復(fù)合材料中不同PQ%的N-HtrGO/30PQ在50 mV s–1 in 1M硫酸下的CV曲線和（b）N-HtrGO/30PQ的循環(huán)穩(wěn)定性在100 mV s
–1 1M硫酸鹽的掃描速率下。
圖6.（a）N-HtrGO，（b）50 mV/s下的N-HtrGO/30PQ的CV曲線，以及（c）指示不同反應(yīng)機(jī)制的貢獻(xiàn)的條形圖。
相關(guān)研究成果由麥克馬斯特大學(xué)Drew Higgins等人2024年發(fā)表在ACS Omega (翻譯：https://doi.org/10.1021/acsomega.3c04836)上。原文：Redox-Active Phenanthrenequinone Molecules and Nitrogen-Doped Reduced Graphene Oxide as Active Material Composites for Supercapacitor Applications
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
