4月7日，記者從山西大學(xué)獲悉，山西大學(xué)激光光譜研究所陳旭遠(yuǎn)教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在三維豎直石墨烯制備及儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。
研究成果近日發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。論文第一作者為博士生韓杰敏，通訊作者為馬一飛副教授、王梅教授和陳旭遠(yuǎn)教授，論文合作者還包括賈鎖堂教授、肖連團(tuán)教授。
據(jù)介紹，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝合成的豎直石墨烯集合了石墨烯的固有特性和三維結(jié)構(gòu)帶來的優(yōu)勢，在儲(chǔ)能領(lǐng)域展示出巨大前景。
然而在前期研究中發(fā)現(xiàn)，豎直石墨烯的實(shí)際應(yīng)用受到其高度飽和現(xiàn)象的限制，無法在高能量、高功率的超級電容器上充分發(fā)揮優(yōu)勢。豎直石墨烯高度通常在幾百納米至幾微米，其高度飽和是由于豎直石墨烯片層隨著沉積時(shí)間增長而聚合，改變了等離子體中鞘層電勢使其分布趨于均勻，導(dǎo)致沉積過程中的活性粒子分布也趨于均勻，失去了在豎直方向的沉積優(yōu)勢。
陳旭遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種氧輔助“修正”(OAT)工藝以消除過密的石墨烯片層，阻止片層隨時(shí)間增長而聚集，克服了生長過程中豎直石墨烯厚度飽和的現(xiàn)象。
未聚合的豎直石墨烯
(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)表層電勢分布 (c)截面圖聚合后的豎直石墨烯
(d)結(jié)構(gòu)示意圖 (e)表層電勢分布 (f)截面圖
山西大學(xué)激光光譜研究所 提供。
陳旭遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)利用這種方法合成了高達(dá)80微米的超高豎直石墨烯，并應(yīng)用于超級電容器中，獲得了241.35mF cm–2 的面積比電容，展現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學(xué)性能及儲(chǔ)能能力。值得注意的是，80微米的高度并非該合成技術(shù)所能達(dá)到的最大值，通過氧輔助“修正”工藝可以獲得任意高度的豎直石墨烯。這項(xiàng)工作對于高負(fù)載豎直石墨烯的合成具有重要的指導(dǎo)意義。與IC兼容的制造工藝和出色的儲(chǔ)能能力使得OAT豎直石墨烯在集成芯片、器件領(lǐng)域中具有非常大的應(yīng)用潛力。
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