基于三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合多孔薄膜的柔性全固态超级电容器

doi:10.3866/PKU.WHXB201705089

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (9): 1828-1837.doi: 10.3866/PKU.WHXB201705089

基于三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合多孔薄膜的柔性全固态超级电容器

杜惟实¹,吕耀康^1,^2,*(),蔡志威³,张诚^1,*()

¹ 浙江工业大学化学工程学院,杭州310014
² 清华大学化学系,北京100084
³ 浙江省食品药品检验研究院,杭州310051

收稿日期:2017-03-21 发布日期:2017-07-05
通讯作者: 吕耀康,张诚 E-mail:yaokanglv@zjut.edu.cn;czhang@zjut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21501148);浙江省自然科学基金(LQ15E030002);浙江省自然科学基金(LY15E030006);和中国博士后科学基金(2016M570075)

Flexible All-Solid-State Supercapacitor Based on Three-Dimensional Porous Graphene/Titanium-Containing Copolymer Composite Film

Wei-Shi DU¹,Yao-Kang LÜ^1,^2,*(),Zhi-Wei CAI³,Cheng ZHANG^1,*()

¹ College of Chemical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, P. R. China
² Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing 100084, P. R. China
³ Zhejiang Institute For Food and Drug Control, Hangzhou 310051, P. R. China

Received:2017-03-21 Published:2017-07-05
Contact: Yao-Kang Lü,Cheng ZHANG E-mail:yaokanglv@zjut.edu.cn;czhang@zjut.edu.cn
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(21501148);Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China(LQ15E030002);Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China(LY15E030006);China Postdoctoral Science Foundation(2016M570075)

摘要/Abstract

摘要：

采用Fe³⁺离子交联的方法制备氧化石墨烯水凝胶，经化学还原制备出一种新型的三维多孔石墨烯薄膜材料命名为rGO-Fe；通过电化学聚合法在rGO-Fe基底上进一步制备了一种三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合薄膜材料，命名为rGO-Fe/P（EDOT：P3C）-1-Ti。作为一种新型复合薄膜材料，rGO-Fe/P（EDOT：P3C）-1-Ti较rGO-Fe具有更好的抗拉伸性能，平均厚度为3 μm的rGO-Fe/P（EDOT：P3C）-1-Ti薄膜，可承受载荷拉力0.97 N，优于相同厚度的rGO-Fe薄膜（0.76N）。将rGO-Fe/P（EDOT：P3C）-1-Ti薄膜作为自支撑电极制备了柔性全固态超级电容器，表现出优良的电容性能，且在弯折状态下仍能正常工作。当电流密度为0.1 A·g^-¹时，该柔性全固态超级电容器的质量比容量为71.13·F·g^-1，面积比容量为101 mF·cm^-2，当电流密度为0.6 A·g^-¹时，其质量比容量为18.14 F·g^-1，面积比容量为25.8 mF·cm^-2。

关键词: 石墨烯, 电化学聚合, 交联, 多孔薄膜, 含钛共轭聚合物, 柔性全固态超级电容器

Abstract:

A new three-dimensional (3D) porous graphene thin film named rGO-Fe was prepared through chemical reduction from Fe³⁺ ions cross-linking graphene oxide hydrogel, and a 3D porous graphene/titanium-containing conjugated polymer composite film named rGO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti was further prepared via electrochemical polymerization on the rGO-Fe substrate. As a new composite film, rGO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti film with average thickness of 3 μm can withstand the tensile load 0.97 N which is better than that of rGO-Fe (0.76 N). We compared the electrochemical properties of these film materials, and prepared self-supporting electrodes and a flexible all-solid-state supercapacitor based on rGO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti. Galvanostatic charge-discharge test results showed that the as prepared flexible supercapacitor delivered a gravimetric specific capacitance of 71.13 F·g^-1 (18.14 F·g^-1) and an area specific capacitance of 101 mF·cm^-2 (25.8 mF·cm^-²) at 0.1 A·g^-1 (0.6 A·g^-1).

Key words: Graphene, Electrochemical polymerization, Cross-linking, Porous film, Titanium-containing conjugated polymer, Flexible all-solid-state supercapacitor

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杜惟实,吕耀康,蔡志威,张诚. 基于三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合多孔薄膜的柔性全固态超级电容器[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9), 1828-1837. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705089

Wei-Shi DU,Yao-Kang LÜ,Zhi-Wei CAI,Cheng ZHANG. Flexible All-Solid-State Supercapacitor Based on Three-Dimensional Porous Graphene/Titanium-Containing Copolymer Composite Film[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(9), 1828-1837. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705089

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201705089

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I9/1828

参考文献

1	Yang P. ; Mai W. Nano Energy 2014, 8, 274.
2	Chee W. K. ; Lim H. N. ; Zainal Z. ; Huang N. M. ; Harrison I. ; Andou Y. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 4153.
3	Xiong Z. ; Liao C. ; Han W. ; Wang X. Adv. Mater. 2015, 27, 4469.
4	Chen D. ; Tang L. ; Li J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3157.
5	Sun Y. ; Wu Q. ; Shi G. Energ. Environ. Sci. 2011, 4, 1113.
6	He Q. ; Wu S. ; Yin Z. ; Zhang H. Chem. Sci. 2012, 3, 1764.
7	Huang Y. ; Liang J. ; Cheng Y. Small 2012, 8, 1805.
8	Maiti U. ; Lim J. ; Lee K. ; Lee W. ; Kim S. Adv. Mater. 2014, 26, 615.
9	Xu Y. ; Lin Z. ; Huang X. ; Liu Y. ; Huang Y. ; Duan X. ACS Nano 2013, 7, 4042.
10	Wu Z. ; Winter A. ; Chen L. ; Sun Y. ; Turchanin A. ; Feng X. ; Müllen K. Adv. Mater. 2012, 24, 5130.
11	Lee S. ; Kim H. ; Hwang J. ; Lee W. ; Kwon J. ; Bielawski C.W. ; Kim S. O. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 10282.
12	Liu T. ; Song W. ; Fan L. Electrochim. Acta 2015, 173, 1.
13	Chabot V. ; Higgins D. ; Yu A. ; Xiao X. ; Chen Z. ; Zhang J. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1564.
14	Liu M. ; Ma X. ; Gan L. ; Xu Z. ; Zhu D. ; Chen L. J. Mater. Chem.A 2014, 2, 17107.
15	Miao L. ; Duan H. ; Liu M. ; Lu W. ; Zhu D. ; Chen T. ; Li L. ; Gan L. Chem. Eng. J. 2017, 317, 651.
16	Zhu D. ; Wang Y. ; Lu W. ; Zhang H. ; Song Z. ; Luo D. ; Gan L. ; Liu M. ; Sun D. Carbon 2017, 111, 667.
17	Zhu D. ; Cheng K. ; Wang Y. ; Sun D. ; Gan L. ; Chen T. ; Jiang J. ; Liu M. Electrochim. Acta 2017, 224, 17.
18	Li C. ; Shi G. Nanoscale 2012, 4, 5549.
19	Zhang Y. ; Gong S. ; Zhang Q. ; Ming P. ; Wan S. ; Peng J. ; Jiang L. ; Chang Q. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 2378.
20	Park S. ; Lee K. S. ; Bozoklu G. ; Cai W. ; Nguyen S. T. ; Ruoff R. S. ACS Nano 2008, 2, 572.
21	Putz K. W. ; Compton O. C. ; Palmeri M. J. ; Nguyen S. T. ; Brinson L. C. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3322.
22	Bai H. ; Li C. ; Wang X.L. ; Shi G. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5545.
23	Choi B. G. ; Park H. S. ; Park T. J. ; Yang M. ; Kim J. S. ; Jang S. ; Heo N. S. ; Lee S. Y. ; Kong J. ; Hong W. ACS Nano 2010, 4, 2910.
24	Lv Y. K. ; Liu Y. Y. ; Pan Y. ; Liu G. ; Chen J. ; Guo Y. ; Shen L. ; Zhang C. Chem. J. Chin. Univ. 2017, 38, 484.
24	吕耀康; 刘幼幼; 潘云; 刘刚; 陈钧; 郭云; 慎炼; 张诚. 高等学校化学学报, 2017, 38, 484.
25	Li C. ; Shi G. Q. Adv. Mater. 2014, 26, 3992.
26	Krishnamoorthy K. ; Veerapandian M. ; Yun K. ; Kim S. J. Carbon 2013, 53, 38.
27	Lv Y. K. ; Liu M. ; Gan L. ; Cao Y. ; Chen L. ; Xiong W. ; Xu Z. ; Hao Z. ; Liu H. ; Chen L. Chem. Lett. 2011, 40, 236.
28	Shao Y. Y. ; Wang J. ; Engelhard M. ; Wang C. ; Lin Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 743.
29	Mills P. ; Sullivan J. L. J. Phys. D: Appl. Phys. 1983, 16, 723.
30	Park S. ; Lee K. S. ; Bozoklu G. ; Cai W. ; Nguyen S. B. ; Ruoff R. S. ACS Nano 2008, 2, 572.
31	Lin X. ; Shen X. ; Sun X. ; Liu X. ; Wu Y. ; Wang Z. ; Kim J. K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 2360.
32	Liu R. ; Xu A. RSC Adv. 2014, 4, 40390.
33	Ming P. ; Song Z. ; Gong S. ; Zhang Y. ; Duan J. ; Zhang Q. ; Jiang L. ; Cheng Q. J. Mater. Chem.A 2015, 3, 21194.
34	Yan X. ; Chen J. ; Yang J. ; Xue Q. ; Miele P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 2521.

[1]	徐涵煜, 宋雪旦, 张青, 于畅, 邱介山. 理论研究Cu@C₂N催化剂表面上水分子对电催化CO₂还原反应机理的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303040 - .
[2]	吕浩亮, 王雪杰, 杨宇, 刘涛, 张留洋. 还原氧化石墨烯包覆MOF衍生In₂Se₃用于钠离子电池负极[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2210014 -0 .
[3]	王正慜, 洪庆玲, 王晓慧, 黄昊, 陈煜, 李淑妮. 氮掺杂石墨烯气凝胶锚定RuP纳米粒子用于水合肼氧化辅助产氢[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2303028 - .
[4]	廖珺豪, 赵一萱, 胡兆宁, 补赛玉, 陆琪, 尚明鹏, 贾开诚, 裘晓辉, 谢芹, 林立, 刘忠范. 光刻胶辅助的石墨烯晶圆无损转移[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 2306038 - .
[5]	亓月, 孙禄钊, 刘忠范. 超级蒙烯材料：石墨烯家族的新成员[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 2307028 - .
[6]	杨嘉炜, 郑春阳, 庞亚会, 纪仲阳, 李雨芮, 胡嘉仪, 朱江瑞, 陆琪, 林立, 刘忠范, 胡清梅, 关宝璐, 尹建波. 耦合蝶形天线的石墨烯室温太赫兹探测器[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 2307012 - .
[7]	高振飞, 宋清泉, 肖志华, 李兆龙, 李涛, 罗家俊, 王珊珊, 周万立, 李兰英, 于俊荣, 张锦. 亚微米尺寸、高结晶度石墨烯增强间位芳纶纤维力学性能[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 2307046 - .
[8]	刘若娟, 刘冰之, 孙靖宇, 刘忠范. 气相助剂辅助绝缘衬底上石墨烯生长：现状与展望[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2111011 -0 .
[9]	贺文娅, 程虎虎, 曲良体. 烯碳纤维基能源器件的研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2203004 - .
[10]	刘汉卿, 周锋, 师晓宇, 史全, 吴忠帅. 石墨烯基纤维储能器件的研究进展与展望[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2204017 - .
[11]	何文倩, 邸亚, 姜南, 刘遵峰, 陈永胜. 石墨烯诱导水凝胶成核的高强韧人造蛛丝[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2204059 - .
[12]	夏洲, 邵元龙. 湿法纺制石墨烯纤维：工艺、结构、性能与智能应用[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2103046 - .
[13]	陈帅, 秦江雷, 杜建忠. 可交联且可生物降解的高分子膜[J]. 物理化学学报, 2022, 38(8): 2006029 - .
[14]	彭景淞, 程群峰. 仿鲍鱼壳石墨烯多功能纳米复合材料[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2005006 - .
[15]	毛赫南, 王晓工. 影响高浓度氧化石墨烯分散液流变行为的重要因素及群体平衡动力学分析[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2004025 - .

基于三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合多孔薄膜的柔性全固态超级电容器

Flexible All-Solid-State Supercapacitor Based on Three-Dimensional Porous Graphene/Titanium-Containing Copolymer Composite Film

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