1、成果简介
本文，重庆大学Min Yuan等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Facile and Scalable Fabrication of High-Performance Microsupercapacitors Based on Laser-Scribed In SituHeteroatom-Doped Porous Graphene”的论文，研究提出了一种高效、简便、可扩展的策略，在前体掺杂的聚酰亚胺（PI）薄膜上通过激光直接写入原位合成杂原子掺杂的多孔石墨烯，首次将聚酰亚胺粉体及其前驱体与羧甲基纤维素钠（CMC）粘结剂通过滴注和低温干燥工艺相结合制备了聚酰亚胺复合材料。
基于所制备的杂原子掺杂多孔石墨烯的微超级电容器（MSCs）具有显著的电容性能。在掺硼砂聚酰亚胺薄膜上制备的典型掺硼MSC在0.08ma-cm-2时具有60.6mf-cm-2的超高面电容，约为未掺杂MSC的20倍。此外，掺硼MSC具有良好的循环稳定性（20℃后电容保持率为96.3%） 通过任意模块化的串行和并行集成，具有优异的机械灵活性、可调电容和电压输出。此外，在磺化三聚氰胺掺杂的聚酰亚胺薄膜上用激光直接刻划法制备了具有优异电容性能的氮掺杂多孔石墨烯，证明了该方法具有良好的可扩展性和通用性。
因此，在前体掺杂的聚酰亚胺薄膜上一步激光直写可以同时实现杂原子的原位掺杂和多层多孔石墨烯电极的制备，为简单、经济、可扩展的杂原子掺杂多孔石墨烯的制备开辟了新的途径，因此，MSCs和各种柔性、可穿戴电子产品有望大规模生产。
2、图文导读
图1.（a）掺杂B的LIG电极的制造示意图。（b）基于掺B的LIG的可伸缩MSC的数字照片；比例尺为15毫米。（c）弯曲的硼砂掺杂PI胶片的数字照片，显示了它的灵活性。（d）准备好的B掺杂的LIG电极的数字照片。（e）电极阵列的光学显微图像（黑暗是掺杂B的LIG电极，明亮是掺杂硼砂的PI膜的裸露表面）；比例尺为500μm。
图2. B掺杂电极的形貌和结构。
图3.（a）LIG-B0和LIG-B6的N 2吸附-解吸曲线和比表面积。（b）拉曼光谱，（c）X射线衍射（XRD）图案和（d）X射线光电子能谱（XPS）测量用不同硼砂含量制备的B掺杂LIG电极的光谱。（e）LIG-B6电极的高分辨率XPS B 1s和（f）C 1s光谱。
图4.（a）LIG-B x MSC的扫描速率为50 mV s –1时的CV曲线，（b）电流密度为0.08 mA cm –2时的GCD曲线。（c）LIG-B x MSC的奈奎斯特图（插图：高频区域的特写图像）。（d）LIG-B6的CV固化速度为10到200 mV s –1。（e）在0.08至1 mA cm –2的不同电流密度下，LIG-B6的GCD曲线。（f）这些LIG-B x MSC的电容与电流密度的关系。（g）LIG-B6在50 mV s –1的扫描速率下的循环稳定性。（h）不同循环前后的CV曲线。（i）比较文献中LIG-B6 MSC与其他MSC的区域Ragone图。
图5.LIG-B6 MSC的灵活性和电压窗口控制
图6.（a，b）LIG-N6的顶视图SEM图像。（c）LIG-N6的TEM和（d）HRTEM图像。（e）未掺杂的LIG和LIG-N6的N 2吸附-解吸曲线和比表面积。（f）LIG-N x的XRD和（g）XPS谱。（h）LIG-N6 MSC的高分辨率XPS N 1s。（i）LIG-N x MSC在电流密度为0.08 mA cm –2时的GCD曲线。（j）CV以10到200 mV s –1的扫描速率固化。（k）LIG-N6 MSC在0.08至1 mA cm –2的不同电流密度下的GCD曲线。（l）LIG-N x MSC的区域电容与电流密度的关系。
小结
综上所述，采用一步激光直接刻蚀法在前驱体掺杂的聚酰亚胺薄膜上制备了原位掺杂的多孔石墨烯。这种简单和低成本的策略为制备掺杂的聚酰亚胺薄膜和提高多孔石墨烯的电化学性能以满足小型化和可穿戴电子器件中的各种应用提供了新的思路。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c03219
文献：
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