英文原题：Flash Nitrogen-Doped Graphene for High-Rate Supercapacitors
通讯作者：李思殿，山西大学；韩高义，山西大学；李彦，北京大学
作者：Sheng Zhu (朱胜), Fei Zhang (张飞), Haigang Lu (吕海港), Jian Sheng (盛建), Lina Wang (王丽娜), Si-Dian Li (李思殿), Gaoyi Han (韩高义), Yan Li (李彦)
背景介绍
石墨烯作为一种新兴二维材料备受关注，因具有优异的电学、力学性质和巨大的比表面积，被认为是极具潜力的超级电容器电极材料。目前，石墨烯的制备方法主要包括化学氧化、机械剥离和化学气相沉积等。其中，化学氧化和机械剥离法所得石墨烯产量高，但是通常会涉及到强酸和强氧化剂，导致石墨烯具有较多的结构缺陷。相比之下，化学气相沉积法制备的石墨烯品质高，但是存在成本高及产率低的问题。因此，发展绿色环保、方便快捷、兼具高产率和低成本的石墨烯制备方法，是当前的研究热点。
文章亮点
近日，山西大学李思殿、韩高义教授及北京大学李彦教授等人基于闪蒸焦耳热方法，在不到1 s的时间内即可快速制备高质量的氮掺杂石墨烯。这是继美国莱斯大学James M. Tour教授2020年在自然《Nature》发表文章“Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis”以来，国内首次报道闪蒸石墨烯的研究工作。该方法不需要溶剂、催化剂及特殊气体氛围，所得氮掺杂石墨烯产率高，产物结构缺陷少，片层数分布在2–8层，且具有涡旋结构（图1）。
图1.闪蒸焦耳热法制备氮掺杂石墨烯示意图及产物形貌表征
图2. 闪蒸石墨烯的XRD及拉曼表征
图3. 闪蒸氮掺杂石墨烯的XPS表征
将闪蒸氮掺杂石墨烯用作超级电容器电极材料，在1 A g–1的电流密度下，展示出高达152.8 μF cm−2的归一化电容量；当电流密度达到128 A g–1时，电容保持率为86.1%。此外，基于闪蒸氮掺杂石墨烯组装的对称准固态超级电容器能量密度高，为16.9 Wh kg−1，最大功率密度为16.0 kW kg−1，循环稳定性优异(>10000次)。
图4.闪蒸氮掺杂石墨烯的电化学性能。
图5.闪蒸氮掺杂石墨烯的倍率性能和电极动力学过程分析。
图6.闪蒸氮掺杂石墨烯与商业炭黑材料的储能性能对比雷达图。
该研究工作报道了闪蒸焦耳热法用于氮掺杂石墨烯的快速制备，该合成方法绿色环保、高效便捷，所得石墨烯产物品质高、结构缺陷少。作为超级电容器电极材料，闪蒸氮掺杂石墨烯表现出非常高的归一化电容量、突出的倍率性能及循环稳定性，这使其成为开发高性能超级电容器的合适材料。此外，闪蒸石墨烯在其它方面如电池、催化、功能材料方面均具有潜在应用空间。
相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上，山西大学青年教师朱胜为文章第一作者，山西大学李思殿和韩高义教授、北京大学李彦教授为通讯作者。
通讯作者信息：
李思殿 教授
李思殿，教授，博士生导师，山西省化学会副理事长，山西省高等学校中青年拔尖创新人才，国务院政府特殊津贴专家。获全国优秀教师称号、山西省优秀回国留学人员奖励、山西省高校自然科学一等奖、山西省科技进步（自然科学类）二等奖、国家教学成果二等奖等。主要从事结构化学、材料化学和计算化学的理论和实验研究，在Nat. Chem., Acc. Chem. Res., JACS, Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表科研论文110余篇。
韩高义 教授
韩高义，教授，博士生导师，山西省高校中青年拔尖创新人才，入选教育部新世纪优秀人才支持计划，获山西省“五四”青年奖章。主要从事石墨烯等炭基纳米材料、导电高分子等材料及其复合物应用于能量转换和存储方面的研究。在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文150余篇，获得权国家发明专利10余项。
李彦 教授
李彦，教授，博士生导师，获国家杰出青年基金资助，受聘教育部长江学者特聘教授，入选英国皇家化学会会士。以第一完成人获得国家自然科学二等奖、教育部自然科学奖一等奖及中国分析测试协会科学技术奖一等奖。主要从事碳纳米管的制备、修饰、表征和应用的研究。研究兴趣为碳纳米材料的可控制备及其应用，在Nature、Science等学术刊物上发表论文180余篇，拥有13项授权国际国内发明专利。
扫描二维码阅读英文原文
ACS Materials Lett. 2022, 4, XXX, 1863–1871
Publication Date: August 30, 2022
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.2c00616
Copyright © 2022 American Chemical Society