针对上述问题,西安交通大学青年教师杨卷与大连理工大学邱介山教授合作,在前期利用导电高分子-聚苯胺(PANI)和氧化石墨烯作为结构导向剂实现镍钴氧化物/氢氧化物可控生长,构筑高性能石墨烯复合材料的研究基础上(Chem.Mater.,2016,28,5855;Adv.Funct.Mater.,2018,28,1803272;Chem.Eur.J.,2019,25,5527),近日,该团队通过聚乙烯亚胺高分子(PEI)调控和诱导生长的普适性设计构筑策略,制备了系列二维石墨烯复合材料(G-P-X,X代表CoS,NiCoS,FeOOH等)。研究结果表明,PEI高分子中的含氮基团作为桥连位点,可有效提升石墨烯和电化学活性物种之间的耦合作用,同时,独特的二维复合结构可进一步加强电子/离子的迁移速率。
将所制备的石墨烯复合材料作为超级电容器的电极材料,在1 A g?1的电流密度下,其比电容最高可达815 F g?1,远高于其他对比样品。且经过20000次长周期充放电循环测试,其电容保持率高达86.5%,展现出优异的循环稳定性。为进一步拓展该电极材料的实际应用,随后将其与活性炭结合构筑的不对称电容器,在700 W kg?1的高功率密度下,其能量密度高达44.6 Wh kg?1,呈现广阔应用潜力,这项研究工作亦为其他新型电极材料的设计和实用化提供了新思路。
图1(a)二维石墨烯复合材料(G-P-CoS)的制备过程示意图以及(b)复合材料微观结构(c)电化学性能表征
上述相关研究成果近期以“Polyethyleneimine-Mediated Fabrication of Two-Dimensional Cobalt Sulfide/Graphene Hybrid Nanosheets for High-Performance Supercapacitors”为题发表ACS Applied Materials&Interfaces(ACS Appl.Mater.Interfaces,2019,DOI:10.1021/acsami.9b03934,IF:8.456)上。博士生王满为论文的第一作者,青年教师杨卷和邱介山教授为共同通讯作者,该项工作得到了国家自然科学基金、中国博士后基金以及科技部重点研发项目等资金的支持。