武汉理工大学《IJER》：简易制备碘/氮共掺杂三维多孔还原氧化石墨烯，用于高能量密度超级电容器

成果简介

二维层状石墨烯作为超级电容器的电极，其重量比电容在理论上优于一般的多孔碳材料。然而，二维石墨烯基电极材料相对较低的孔隙率和体积能量密度对其实际应用仍然具有挑战性。本文，武汉理工大学张海宁研究员、涂文懋副研究员、Hongfei Pan等研究人员在《INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH 》期刊发表名为“Fabrication of iodine/nitrogen co-doped three-dimensional porous reduced graphene oxide for high energy density supercapacitors”的论文，研究报通过快速干燥工艺和随后的煅烧合成碘/氮共掺杂的三维还原氧化石墨烯（PGr）。

在NH4I和KI存在下，得到的含2.9wt.% I元素和3.15 wt.% N元素的PGr在层状结构中具有高度互连的三维分级多孔网络，并且具有较高的比表面积622.5m2 ·g-1。此外，合成的PGr表现出优异的导电性和优异的电容特性，在KOH (6.0 mol·L -1 )的三电极系统中提供 268 F·g -1的高重量比电容。此外，由合成的PGr组装而成的对称超级电容器在功率密度为 600 W·kg -1时显示出 9.46 Wh·kg -1的比能量密度，在 10A· g -1充电和放电10 000 次循环后其初始电容保持在 97.5%。

图文导读

图1、KI和NH4I形成PGr的示意图

图2、Gr、Gr-KI、Gr-NH4I 和 PGr的 SEM 图像

图3、PGr的TEM图像A和高倍率TEM图像B，以及C、C、D、N和E、I的元素映射图像

图4、A，奈奎斯特图，B，不同扫描速率下的 CV 曲线，C，不同电流密度下的恒电流充放电曲线，D，Ragone 图，E，10 A·g -1电流密度下的循环性能，以及 F，数字室温下由两个 EC-KOH 串联点亮的红色发光二极管 (2.2 V) 的图像

小结

综上所述，通过浸渍和干燥工艺成功地创造了碘/氮共掺杂三维多孔还原氧化石墨烯，结果表明，通过在 PGr 中掺杂 I 和 N，由此制备的电极材料表现出优异的电化学性能和循环稳定性。此外，离子液体的加入可以有效提高电容器的电容性能，使其在超低温下仍能正常工作。但受限于金属捕收剂和有机溶剂的稳定性，超级电容器在超低温和高温下都很难在高压下工作。为解决上述问题，在合成或寻找合适的材料或方法方面仍需考虑实际的有益效果。