成果简介
本文，中国科学技术大学闫立峰教授团队在《RSC Sustain》期刊发表名为“Deep eutectic solvent assisted preparation of cellulose nanofibers and graphene composite films for supercapacitors”的论文，研究以稻壳和石墨为原料，制备了柔性纤维素纳米纤维改性石墨烯复合材料。首先，以指定的稻壳为原料，通过绿色氢氧化胆碱（ChOH）和L-necropine hydrochloride deep eutectic solvent （DES）制备纤维素纳米纤维（CNFs），可以有效促进氧化石墨烯和相对还原的氧化石墨烯（rGO）的分散，形成rGO/CNF复合膜。该复合膜显示出良好的弯曲性和低的电荷转移阻力。电化学测试研究表明，所制备的rGO/CNF复合膜可以作为超级电容器的有效电极，并且它显示出高的面积比电容（当电流密度为1 mA cm−2时为382 mF cm−2）和良好的循环稳定性（在10 mA cm−2中3000次循环中6%的电容损失）。rGO/CNF复合材料作为柔性超级电容器的电极具有潜在的应用前景。
图文导读
方案一、rGO/CNF复合膜制备流程
图1、不同实验条件下纤维素纳米纤维悬浮液的透射电镜图像
图2、（a）不同实验条件下还原的石墨烯悬浮液（b）CGF-2弯曲照片（c）折叠照片。
图3. (a) 纤维素、rGO以及CGF-1、CGF-2和CGF-3复合膜的XRD图谱；(b) 复合膜的拉曼图谱。
图4. (a) rGO和复合膜样品的XPS光谱；(b) CGF-2的N1光谱；(c) CGF-2的O1光谱。
图5、不同样品的电化学性质
在所制备的复合材料中，纤维素纤维上丰富的官能团可以提供强的交互位点来结合石墨烯纳米片，并很好地分布在具有大孔结构的纤维素纤维上。它克服了石墨烯纸的低孔隙率，而所制备的复合电极中的纤维素纳米纤维可以显著吸收电解质并作为电解质储存器以促进离子传输，从而具有良好的倍率能力和长循环稳定性和高电容。
小结
综上所述，以DES为溶胀剂降低纤维素纳米纤维制备能耗，并进一步将其作为还原石墨烯的分散剂和掺杂前驱体，通过简单的水热还原制备纤维素/氮掺杂还原石墨烯复合薄膜，证明了在低温低消耗下制备氮掺杂石墨烯复合材料的可行性。与纯水环境中的还原石墨烯相比，由此产生的还原石墨烯具有3 at%的增强氮含量。展示了石墨烯复合薄膜材料在超级电容器和传感器等应用中的潜力。这是一种直接从木质纤维素和石墨烯制备柔性电极的潜在方法。
文献：https://doi.org/10.1039/D2SU00107A
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