材料學 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用上具有柔韌性好、導電性能優(yōu)異以及結構穩(wěn)定等獨特的優(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，且難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。幸運的是固態(tài)生物質(zhì)碳源儲量豐富、綠色環(huán)保、價格低廉，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，將會極大的促進其產(chǎn)業(yè)化及應用。鑒于此，燕山大學趙玉峰（點擊查看介紹）教授課題組與北京大學侯仰龍（點擊查看介紹）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。該方法的獨特之處在于：利用紅磷與KOH反應持續(xù)釋放的氣體，在升溫過程中逐步對碳前驅體/中間體進行剝離，實現(xiàn)固體碳源的原位減薄；并利用預嵌入的催化劑使催化石墨化同步進行，實現(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)的三維多級孔道結構，而且具有較高的品質(zhì) (ID/IG= 0.4, I2D/IG=0.65)。密度泛函理論計算表明氮、磷、氧共摻雜會明顯增強電荷離域進而增強其電化學活性。所合成的三維多級孔道結構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（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