碳基超级电容器电极的能量密度通常受到限制，因为它们完全依赖于双电层电容（EDLC）。引入氧化还原活性有机分子以获得赝电容是开发具有提高能量密度的电极材料的一条很有前途的途径。在这项工作中，本研究通过一步简单的物理吸附方法开发了一种多孔氮掺杂的还原氧化石墨烯和9，10-菲醌复合材料（N-HtrGO/PQ）。使用循环伏安法对N-HtrGO/PQ进行的电化学评估显示，当复合物由30%的9，10-菲醌和70%的N-HtrGO组成时，在1M H2SO4中的高电容为605 F g^–1。在没有添加氧化还原活性分子的情况下，测得的电容显著超过纯N-HtrGO（257 F g^–1）。除了有希望的电容外，N-HtrGO/30PQ复合材料在20000次充电/放电循环后显示出94.9%的电容保持率。基于傅立叶变换红外光谱，本研究假设PQ分子和N-HtrGO基底之间的强π–π相互作用通过缩短电子转移途径来增强复合材料的比电容，同时提高结构稳定性。

 
图1. （a，b）N-HtrGO/30PQ的TEM图像。（e） N-HtrGO（绿色）和N-HtrGO/30PQ（蓝色）的XRD图谱。

 
图2. （a）N-HtrGO和（b）N-HtrGO/30PQ的XPS测量光谱。

 
图3. N-HtrGO/30PQ（蓝色，顶部）和PQ（红色，底部）的FTIR光谱。

 
图4.(a、b) PQ(红色)、N-HtrGO(绿色)和N-HtrGO/30PQ(蓝色)的Nyquist图，(c) N-HtrGO和N-HtrGO/30PQ在1 M硫酸中5 a g^-1作用下的GCD曲线，(d) PQ可逆氧化还原反应示意图。

 
图5.（a） 复合材料中不同PQ%的N-HtrGO/30PQ在50 mV s–1 in 1M硫酸下的CV曲线和（b）N-HtrGO/30PQ的循环稳定性在100 mV s^–1 1M硫酸盐的扫描速率下。

  
图6.（a）N-HtrGO，（b）50 mV/s下的N-HtrGO/30PQ的CV曲线，以及（c）指示不同反应机制的贡献的条形图。
 
        相关研究成果由麦克马斯特大学Drew Higgins等人2024年发表在ACS Omega (翻译：https://doi.org/10.1021/acsomega.3c04836)上。原文：Redox-Active Phenanthrenequinone Molecules and Nitrogen-Doped Reduced Graphene Oxide as Active Material Composites for Supercapacitor Applications

转自《石墨烯研究》公众号