近日，法国洛林大学Institut Jean Barriol实验室Jean-Jacques Gaumet教授在Energy & Environmental Materials上发表题为：“Recent Advances on Graphene Quantum Dots for Electrochemical Energy Storage Devices”的综述型文章。
亮点
1.综述了石墨烯量子点（GQDs）在电池、超级电容器中作为电极材料或与活性材料混合作为辅助剂的最新研究，总结了电化学性能，最后回顾了基于GQDs后续电极材料优化策略的挑战和展望。
2.总结电化学能源储存系统中基于GQDs的文章，GQDs可以提高电导率，从而促进复合电极内的电荷转移。锂离子电池的比容量增加近1.4倍。此外，加入GQDs后的循环稳定性增加了锂离子电池的15%。
3.在电极基质中可以加入GQDs作为粘合剂，不仅维持电极的整体微观结构，还增强循环稳定性。GQDs的加入增强了电解质之间的相互作用和电子电荷转移。
引言
石墨烯作为一个无限二维sp2键连的碳网络单层，显示出由于电子离域引起的零带隙特性，这使它具有半金属行为。石墨烯在应用中显示出其突出的特性，如高强度、轻便和高导热性。建立不团聚且分散良好的石墨烯是一个重大挑战，是石墨烯进入工业界需要克服的关键技术障碍。最近，石墨烯量子点（GQDs）合成的快速发展确实为石墨烯的研究应用提供了一个独特的机会。
GQDs是功能化的石墨烯纳米碎片，横向尺寸一般在10纳米以下。它的各向异性形态起源于大于其高度的横向尺寸。作为碳家族（金刚石、石墨、富勒烯、纳米管、石墨烯等）的新成员，GQDs结合了量子约束和边缘效应以及石墨烯的性质。GQDs结构中具有石墨晶格，高度通常在0.4到4 nm之间，因此GQDs很少在顶部发生堆叠。GQDs的制备方法可以分为两中，自上而下或自下而上。据报道，通过水热或溶剂热、微波辅助剥离、电化学方法和氧化方法可以实现自上而下的合成。另一方面，自下而上一步合成涉及有机前体（柠檬酸、葡萄糖、谷氨酸、六邻六苯甲烯）的微波辅助热解、溶剂热，加热或在脉冲激光照射。同时，自下而上的方法通常会遇到较低的产量。
GQDs在不同领域（医学、能量转换和储能设备）提供了广泛的应用。自GQDs第一次合成以来，GQDs已经作为EES系统的先进材料得到了广泛的研究，如电池和超级电容器。在这里，综述了石墨烯量子点在电化学储能器件中的研究进展。
文章简读
1. GQDs的添加/偶联对锂的存储容量有系统的积极影响，因为它提供了更多的催化活性位点，并增加了比表面积。它增强了电解质与活性层之间的接触面积，增加了电化学电导率，从而提高了电极的循环稳定性和比容量。
2. GQDs因其优异的电性能、高表面积、丰富的活性位点、高电导率和在各种溶剂中的高溶解度，是一种很有前途的超级电容器材料。基于GQDs的超级电容器可以提供接近电池的能量密度利用。GQDs材料对全固态超电容器和微超电容器（MSCs）等新型电容器进行了大量的研究。
3. 量子点被认为是一种具有杂原子的内部和边缘功能化基团。该边缘适用于提高其在各种溶剂中的溶解度，并有助于减少聚集现象。内部官能团主要是环氧基团，分布在GQDs表面。由于导电sp2结构域效应，这些氧桥的可控还原可以进一步提高GQDs材料在EES系统中的积极影响。最后，将GQDs推展到工业应用是这类能源材料合成发展的目标。低成本的工业生产才能满足工业的高度需求。此外，GQDs的发展也需要可控的合成GQDs的大小、调控宏观特性以及设计内部和边缘化学性质。
图文赏析
图1 超级电容器示意图和 Ragone图。
文章链接
Noura Zahir, Pierre Magri, Wen Luo, Jean Jacques Gaumet*, and Philippe Pierrat, Recent Advances on Graphene Quantum Dots for Electrochemical Energy Storage Devices. Energy Environ. Mater. 2022. 5(1), 201-214 DOI: 10.1002/eem2.12167
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12167
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