材料學(xué) X-MOL發(fā)布于 2017-03-06 （http://www.x-mol.com/news/5266）
近年來隨著柔性電子器件概念的提出，柔性電池、柔性電子顯示屏、柔性電路、人造柔性皮膚等柔性器件開始出現(xiàn)在人們的日常生活中。三維石墨烯在柔性器件的應(yīng)用上具有柔韌性好、導(dǎo)電性能優(yōu)異以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等獨(dú)特的優(yōu)勢。然而現(xiàn)有的制備方法包括冷凍干燥法、模板制備法以及直接氣相沉積法等較為繁瑣，制備成本高，且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。幸運(yùn)的是固態(tài)生物質(zhì)碳源儲量豐富、綠色環(huán)保、價(jià)格低廉，是制備3D石墨烯的潛在來源。如果能夠找到一種利用固態(tài)生物質(zhì)碳源直接制備3D石墨烯的方法，將會極大的促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用。鑒于此，燕山大學(xué)趙玉峰（點(diǎn)擊查看介紹）教授課題組與北京大學(xué)侯仰龍（點(diǎn)擊查看介紹）教授合作，提出了一種通過利用紅磷輔助剝離減薄固體生物質(zhì)碳源技術(shù)制備氮、磷、氧共摻雜自支撐三維石墨烯材料的普適方法。該方法的獨(dú)特之處在于：利用紅磷與KOH反應(yīng)持續(xù)釋放的氣體，在升溫過程中逐步對碳前驅(qū)體/中間體進(jìn)行剝離，實(shí)現(xiàn)固體碳源的原位減薄；并利用預(yù)嵌入的催化劑使催化石墨化同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)少層到單層高質(zhì)量石墨烯的可控制備。而且該方法適用于多種固體碳源，具有很好的普適性。
該方法制備的三維石墨烯不僅具有連續(xù)的三維多級孔道結(jié)構(gòu)，而且具有較高的品質(zhì) (ID/IG= 0.4, I2D/IG=0.65)。密度泛函理論計(jì)算表明氮、磷、氧共摻雜會明顯增強(qiáng)電荷離域進(jìn)而增強(qiáng)其電化學(xué)活性。所合成的三維多級孔道結(jié)構(gòu)石墨烯可以直接用作超級電容器電極材料和氧化還原反應(yīng)（ORR）的非金屬催化劑，并且展現(xiàn)出426 F g-1(424 F cm-3)超高的比容量和優(yōu)異的催化性能。所組裝的柔性全固態(tài)對稱型超級電容器也展現(xiàn)出25.3 Wh kg-1的質(zhì)量能量密度和25.2 Wh L-1體積能量密度。同時(shí)該合成方法同樣適用于多種固體碳源。這一成果近期發(fā)表在《Nano Energy》上。
該論文作者為： Yufeng Zhao, Shifei Huang, Meirong Xia, Sarish Rehman, Shichun Mu, Zongkui Kou, Zhi Zhang, Faming Gao, Yanglong Hou.
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N-P-O Co-doped High Performance 3D Graphene Prepared through Red Phosphorous-assisted “Cutting-Thin” Technique: A Universal Synthesis and Multifunctional Applications
Nano Energy, 2016, 28, 346–355, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.08.053