成果简介
目前的水性超级电容器（SC）能量密度相对较低，因此人们普遍关注如何以具有成本效益的方式制造出具有更高比电容和/或更宽电压窗口的电容材料。本文，江苏科技大学Chuanxiang Chen等研究人员在《J COLLOID INTERF SCI》期刊发表名为“Efficient pH-universal aqueous supercapacitors enabled by an azure C-decorated N-doped graphene aerogel”的论文，研究采用简单的水热自组装方法，通过强的非共价π-π相互作用，制备出具有氧化还原活性的azure C修饰的N掺杂石墨烯气凝胶（AC−NGA）。
AC-NGA 在 pH 值通用条件下具有出色的电荷存储性能（在电流密度为1.0A g-1和 2.3V 的超高电压窗口下，重力电容高达 591Fg-1）。电荷存储的电容贡献率为 91.7%，超过或媲美已知最好的赝电容器。此外，对称 AC-NGA//AC-NGA 器件实现了高能量和高功率密度（15.2-60.2 Wh kg-1，650-23,000 W kg-1），并在酸性、中性和碱性水溶液中具有出色的循环稳定性。这项工作为将氧化还原染料分子与杂原子掺杂的石墨烯气凝胶结合起来，构建绿色高效、pH值通用的水性超级电容器提供了一种经济有效的策略。
图文导读
图1.通过低温水热自组装工艺制备AC-NGA的示意图。
图2.（a） AC、GO和AC−NGA样品在水溶液中的紫外可见吸收光谱。（b） 不同样品的傅里叶变换红外光谱。（c） GA、NGA和AC−NGA样品的XRD图谱。（d） GO、GA和AC−NGA样品的XPS光谱。（e） AC−NGA中的C 1s和（f）N 1s XPS光谱。
图3.NGA （a） 和AC−NGA （c）的SEM图像。NGA （b 和AC−NGA （d） 的 TEM 图像。
图4、 样品在 1.0 M H2SO4中的电化学分析
图5. 对称 AC-NGA//AC-NGA 器件在整个pH值范围内的电化学性能。
小结
综上所述，我们采用一种简便的低温水热自组装方法合成了交流共轭 NGA。AC 单体可通过 π-π 相互作用吸附在海绵状的三维 NGA 表面。制备的 AC-NGA 在整个 pH 值范围内都表现出优异的电容性能。在 2 mV s-1 时，电容性电荷存储贡献率高达 91.7%，甚至超过或媲美基于石墨烯及其衍生物的其他先进材料。此外，由于三维 NGA 微结构的快速离子扩散和电荷转移、掺杂 N 原子和 AC 分子的高氧化还原电容以及 AC 与 NGA 之间增强的 π-π 相互作用，基于 AC-NGA 的对称水性器件显示出卓越的能量和功率能力（超过或媲美已知的其他对称石墨烯基水性器件）以及超长的使用寿命（在连续 10,000 次 GCD 循环中保持 95% 的电容）。这些结果证明，在酸性、中性和碱性水溶液中采用具有氧化还原活性的芳香族 AC 分子对三维 NGA 进行非共价官能化，有望开发出绿色有效的电化学储能系统。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.07.142
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