成果简介
利用直接写入技术激光还原氧化石墨烯（GO）具有高度灵活、无掩模和无化学物质的优点，有望开发小型化储能器件。然而，GO的激光还原通常伴随着爆燃（剧烈的脱氧反应），导致还原氧化石墨烯（rGO）薄膜变成脆性和不规则的内部结构，这对应用有害。本文，兰州大学Minghao Yu、潘孝军教授等在《Small》期刊发表名为“Realizing Highly-Ordered Laser-Reduced Graphene for High-Performance Flexible Microsupercapacitor”的论文，研究展示了一种预还原策略，以避免这种爆燃，并为柔性微型超级电容器（MSC）的应用实现均匀的激光还原GO（LrGO）矩阵。抗坏血酸预还原过程提前降低了GO上含氧官能团的含量，从而减轻了气体排放，避免了激光还原过程中的无约束膨胀。
此外，可以构建具有预还原GO（PGO）纳米片的自组装骨架，这是一种更合适的激光还原正手框架，以建立具有均匀孔隙率的可控rGO薄膜。用激光还原PGO组装的准固态MSC表现出88.32 mF cm-2的最大面电容，良好的循环性能（2000次循环后电容保持率为82%）和出色的柔韧性（弯曲5000次后电容没有下降）。这一发现为提高LrGO的质量提供了机会，LrGO在微功率器件及其他领域很有希望。
图文导读
图1、a）显示MSC的基于LrPGO的电极的制备流程图。b）作为制造的基于LrPGO的叉指电极的数字照片。
图2、a）部分激光还原的PGO薄膜的横截面SEM图像。b） PGO，c） PGO 和 LrPGO 之间的边界，d-e） LrGO与PGO水凝胶的光学图像和示意图（插图）。f，g） 冷冻干燥后 PGO 气凝胶的横截面 SEM 图像。
图3、a） XRD、b） Raman 和 c） GO、PGO、LrGO 和 LrPGO 的 C 1s XPS 光谱。
图4、a） 基于LrGO和LrPGO的MSC在0.5 mA cm−2下的GCD曲线。b） 具有不同加载质量的基于LrPGO的MSC在20 mV s−1下的CV曲线和c）在0.5 mA cm−2下的GCD曲线。d）基于LrGO和基于LrRGO的MSC的速率性能和e）在0.01至1000 000 Hz频率范围内的奈奎斯特图。f） 基于LrPGO-30的MSC在5至200 mV s−1的不同扫描速率下的CV曲线。g） 基于LrPGO-30的MSC的循环性能。h） 区域电容和i）基于LrPGO-30的MSC和最近报道的基于石墨烯的超级电容器的拉贡图。
图5、a） 基于LrPGO-30的MSC在不同弯曲状态下在100 mV s−1下的CV曲线。b） 基于LrPGO-30的MSC在5000次弯曲试验期间的电容保持率。基于LrPGO-30的MSC在弯曲c）0、d）2500和e）5000次之后的CV曲线。
小结
综上所述，本文提出了一种简单的预还原GO策略，以稳定地构建均匀的LrGO膜。这种策略不仅可以缓解激光还原和无约束膨胀过程中气体排放引起的爆燃问题，还可以使rGO薄膜形成相对均匀、规则的微观结构。这项工作为实现均匀多孔的LrGO基质提供了新的见解，该基质在微功率器件及其他领域具有潜在的应用。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202301546
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