成果简介
本文，南京工业大学 陈苏教授课题组《Chem. Commun》期刊发表名为“In situ synergistic reduced graphene oxide-boron carbon nitride nanosheet heterostructures for high-performance fabric-based supercapacitors”的论文，研究开发了一种新型的异质结构纳米复合材料，由B-C共价键还原氧化石墨烯-氮化硼纳米片（rGO-BCN）制成。rGO-BCN纳米复合材料具有较大的比表面和优异的电化学性能，然后基于微流控静电纺丝技术构建成基于柔性织物的高性能超级电容器电极。
简而言之，将混合悬浮液（氧化石墨烯、葡萄糖、尿素和大块硼）冷冻干燥后进行高温煅烧。在热处理开始时，尿素分解形成大量的 NH3，腐蚀并剥离大块硼的边缘。随后，NH3 进一步插层到氧化石墨烯夹层和大块硼的夹层中，然后尿素进一步冷凝，在 550 °C 时在氧化石墨烯夹层和硼纳米片夹层之间形成 g-C3N4 。葡萄糖凝结到二维 g-C3N4 和硼纳米片的层间空间，形成衍生碳纳米片，防止层间重新堆积，进一步保持层间分离。通过 Y 型蛇形微流控芯片，用 MES 将 rGO-BCN 纳米复合材料制成柔性纤维膜（图 S1，ESI†）。如图 S2 和 S3（ESI†）所示，将制备好的柔性纤维膜在 800 °C 下煅烧，使其完全碳化。
图文导读
图1、 rGO-BCN纳米复合材料原位合成示意图。
图2、 （a）–（c） rGO-BCN纳米复合材料的TEM图像。（d）–（g） rGO-BCN纳米复合材料的EDS映射图像。（h）和（i）rGO和rGO-BCN纳米复合材料的微红外图像。rGO-BCN纳米复合材料的B 1s和C 1s光谱的（j）和（k）XPS。（l） rGO和rGO-BCN纳米复合材料的比表面积和孔径分布。
图3 、rGO、BCN、rGO-BCN1/3 和 rGO-BCN1/4 的纤维膜
图4、 (a) 不同电流密度下 FSC 的比电容。(b) FSC 的循环稳定性。(c) 不同角度下的弯曲稳定性。(d) 不同功率密度下 FSC 的能量密度变化。
图5 、(a) 实际应用的设计示意图。(b) 为健康监测供电的基于结构的 SC 的照片。(c) 为 LED 供电的 SC 原理图和照片。
小结
综上所述，本文通过直接热解成功合成了 rGO-BCN 纳米复合结构。其协同效应阻碍了 rGO 片材的重新堆积，从而增加了比表面积和离子通道及位点。在 MES 的基础上，制备出了 rGO-BCN 纤维膜，它能很好地满足可穿戴应用所需的优异柔韧性。全固态 FSC 在 10,000 次循环后的电容保持率高达 87.72%，且能量密度极高（31.03 W h kg-1）。通过将 FSC 与商用太阳能电池相结合，我们构建了一个实用的自供电装置，可为手环设备和 LED 供电。我们的工作不仅为二维材料的复合提供了新思路，也为多功能储能织物的产业化提供了可行方案。
文献：https://doi.org/10.1039/D4CC01370K
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