哈工大《Carbon》：低成本，大规模合成花状石墨烯的新方法！用于超级电容器性能

成果简介

金属氧化物纳米粒子配备的石墨烯性能突出，显示出广泛的应用。与负载纳米颗粒的石墨烯片相比，这种3D架构不仅具有2D石墨烯和纳米颗粒的内在性能，而且在许多方面提供了先进的功能。到目前为止，已经探索了许多构建3D石墨烯混合体的策略。然而，额外试剂和/或团聚纳米颗粒的应用对颗粒应用有不利影响。本文，哈尔滨工业大学崔放副教授、Fang Cui等在《Carbon》期刊发表名为“Fabrication of 3D graphene microstructures with uniform metal oxide nanoparticles via molecular self-assembly strategy and their supercapacitor performance”的论文，研究提出了一种分子自组装策略，通过直接将具有良好层状结构的三维两亲性Zn(MAA)2前体衍生为三维石墨烯混合体，从而生产高质量的三维石墨烯微结构与均匀的金属氧化物（ZnO）纳米颗粒。

值得注意的是，有组织的Zn(MAA)2分子的有机部分在石墨烯层的形成中起着结构上的关键作用。它不仅引导有序的自组装，而且通过在加热过程中产生大量的烯丙基自由基，促进了石墨烯结构的快速原位形成。同时，在石墨烯层的形成过程中，由Zn(MAA)2分子的羧基生成的ZnO NPs渗透到石墨烯中。获得的ZG-500 HSs作为超级电容器电极，在1Ag-1时显示了272.1Fg-1的比电容。此外，基于ZG-500 HSs和活性炭的不对称超级电容器在387.5 W kg-1的功率密度下提供13.4Wh kg-1的能量密度。这种新颖的策略为高质量的三维石墨烯混合体开辟了一条潜在的绿色通道，用于超级电容器。

图文导读

图1.Zn（MAA）2和ZG HS的结构模型及相应的制备路线。

图2.（一、二）SEM，（c，d）TEM图像，（e）HR-TEM图像和（f）获得的ZG-500 HS的选定区域电子衍射（SAED）

图3. (a) Zn(MAA)2的TGA曲线；(b) XRD图案，(c) 拉曼光谱和(d) D和G峰的强度比（ID/IG），(e) ZG-500和ZG-600 HSs的(f) C 1s, (g) O 1s, (h) Zn 2p的XPS调查光谱和高分辨率图案，(i) 用稀盐酸腐蚀的ZG-500 HSs的3D纯石墨烯的XRD图案。

图4. (a)在5mV s-1下 ZG-500 HSs和ZG-600 HSs电极的CV曲线；(b-c) ZG-500 HSs在不同扫描速率下的CV曲线，以及比电容与扫描速率的关系；(d) ZG-500 HSs电极在不同特定电流下的GCD曲线；(e) ZG-500 HSs和ZG-600 HSs电极在不同电流下的比电容。(f) ZG-500 HSs和ZG-600 HSs电极的Nyquist图；(g) 在5 mV s-1下ZG-500 HSs电极对电荷储存的电容约束（红色区域）和扩散控制（蓝色区域）的贡献；(h) ZG-500 HSs电极在不同扫描速率下的电容约束贡献率；(i) ZG-500 HSs电极在3 A g-1的循环性能

图5. ZG-500//AC ASC装置的电化学性能。

小结

综上所述，我们研究了一种新颖高效的预组装策略，通过煅烧自组装前体来制备三维花状ZG微结构。与传统方法不同，这项工作构建了一种低成本、易操作的大规模合成花状石墨烯的新方法。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.12.066