作为一类双电层电容器（EDLC）电极材料，碳点（CD）能够提供更大的特定表面积，分级多孔结构，嫁接有赝电容官能团，从而导致额外的电容及卓越的能量密度。在这项工作中，商业聚丙烯酰胺凝胶（PAMG）被用作CD的良好宿主，它有连续相互交联的孔结构，良好的溶胀能力，以至于形成连续的导电碳骨架。在碳活化处理后，CD融合到碳结构上，形成一系列具有特定官能团的多孔碳材料。不同种类的CD被制备，包括掺氧，掺氮和氧、氮共掺杂的CD，并分别对其进行电化学测试。当它们组装为电极用于EDLC时，表现出卓越的性能，比电容达401−483 F g^-1，倍率稳定性高于75％（1-30 A g^-1），能量密度为17-23 Wh kg^-1，循环寿命接近100％。这些结果证明，该研究所提出的方法（碳活化CDs-多孔（水）凝胶复合材料）是一个制备优质碳电极材料的普适方法。
 
Figure 1. 用商业的PAMG和不同种类的CDs 制备HPC 材料的过程示意图。
 

Figure 2. PAMG（1）和CD/PAMG混合物（2-4，OCD/PAMG，NCD/PAMG和ONCD/PAMG）分别在（A）太阳光下和（B）紫外光下的数码照片。
 

Figure 3. （A）氮吸附-解吸等温曲线和（B）通过DFT方法计算的孔径分布。（C，D）不同样品里中孔/微孔的比例。
 

Figure 4. （A）HPC，（B）OCD/HPC，（C）NCD/HPC和（D）ONCD/HPC的FESEM图。（E-H）在更大倍数下的FESEM图。
 

Figure 5.（A）HPC，（B）OCD/HPC,（C）NCD/HPC和（D）ONCD/HPC中N元素的高分辨XPS光谱。（E）有/无官能团修饰表面的示意图比较。
 

Figure 6. 不同电极材料在1 mol L^-1 H₂SO₄水溶液中测试的电化学性能（三电极系统，饱和Hg/Hg₂SO₄作为参比电极）。（A）在扫描速率为10 mV s^-1时的CV曲线。（B）在1 A g^-1电流密度下的GCD曲线。 （C）比电容比较。（D）倍率特性。
 
      该研究工作由复旦大学Huan-Ming Xiong研究团队于2020年发表在ACS Appl. Energy Mater.期刊上。原文：Integrating Carbon Dots with Porous Hydrogels to Produce Full Carbon Electrodes for Electric Double-Layer Capacitors。

摘自《石墨烯杂志》公众号：