成果简介
石墨烯电极材料的体积密度低且缺乏伪电容活性位点，这在很大程度上限制了其实际应用。本文，齐齐哈尔大学Shan Fan、张永等研究人员在《J Mater Sci: Mater Electron》期刊发表名为“Fluorine-doped graphene composite hydrogels with high bulk density for supercapacitors application”的论文，研究采用水热法制备了纳米纤维素/氟掺杂石墨烯复合水凝胶（NFGHs）。在该合成体系中，氧化石墨烯被用作碳源和样品体积密度的调节剂，还能形成 NFGHs 的初始多孔结构。纳米纤维素被用作支撑剂和电解质传输介质，以改善产品的多孔结构和亲水性。
此外，氢氟酸作为还原剂和杂原子源，实现了 NFGH 的氟掺杂。制备出的 NFGH 具有较高的体积密度、丰富的假电容活性位点、精细的多孔结构和良好的亲水性。因此，用 NFGH5 制备的水基对称超级电容器具有较大的重量比电容（264.3 F g-1）和体积比电容（309.2 F cm-3）、良好的速率特性和出色的循环耐久性。此外，由 NFGH5 制成的柔性固态超级电容器（FSSC）还具有高比电容（142.6 F g-1）、良性速率能力（10 A g-1 时比电容保持率为 73.8%）和长使用寿命。本文的策略为提高石墨烯基超级电容器的实施价值开辟了新思路。
图文导读
图1、NFGH的制备过程。
图2、 显示了 GH 和 NFGH 的形态。
图3、ASSC的电化学性能
图4、基于NFGH5的FSSC的电化学性能。
小结
综上所述，假设是正确的，使用高浓度的 GO 溶液确实可以提高产品的密度。NC 还起着结构调节和电解质传输介质的作用。此外，氢氟酸的使用不仅使 NFGH 保留了大量含氧基团，还引入了电化学活性半离子 C-F 键。因此，NFGH 具有出色的亲水性、良好的多孔结构、高容积密度和大量杂原子官能团。得益于上述特性，基于 NFGHs 的 ASSC 具有较高的 Cg 和 Cv 值、优异的速率特性和超长的工作寿命。尤其重要的是，由于 NFGH5 与 PVA-KOH 之间具有良好的界面效应和大量氢键，由其组装而成的 FSSC 还具有良好的电化学性能。综上所述，与传统的物理方法和与伪电容材料的复合方法相比，本文的合成策略不仅能最大限度地提高石墨烯材料的结构完整性和使用寿命，还能赋予其良好的伪电容特性和速率性能。本文的研究成果将为开发具有优异重力和体积电化学性能的石墨烯基电极材料提供新的思路。
文献：https://doi.org/10.1007/s10854-024-13126-x
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