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源于生物质的三维石墨烯柔性储能器件
近年来随着柔性电子器件概念的提出，柔性电池、柔性电子显示屏、柔性电路、人造柔性皮肤等柔性器件开始出现在人们的日常生活中。三维石墨烯在柔性器件的应用上具有柔韧性好、导电性能优异以及结构稳定等独特的优势。然而现有的制备方法包括冷冻干燥法、模板制备法以及直接气相沉积法等较为繁琐，制备成本高，且难以实现大规模生产。幸运的是固态生物质碳源储量丰富、绿色环保、价格低廉，是制备3D石墨烯的潜在来源。如果能够找到一种利用固态生物质碳源直接制备3D石墨烯的方法，将会极大的促进其产业化及应用。鉴于此，燕山大学赵玉峰（点击查看介绍）教授课题组与北京大学侯仰龙（点击查看介绍）教授合作，提出了一种通过利用红磷辅助剥离减薄固体生物质碳源技术制备氮、磷、氧共掺杂自支撑三维石墨烯材料的普适方法。该方法的独特之处在于：利用红磷与KOH反应持续释放的气体，在升温过程中逐步对碳前驱体/中间体进行剥离，实现固体碳源的原位减薄；并利用预嵌入的催化剂使催化石墨化同步进行，实现少层到单层高质量石墨烯的可控制备。而且该方法适用于多种固体碳源，具有很好的普适性。
该方法制备的三维石墨烯不仅具有连续的三维多级孔道结构，而且具有较高的品质 (ID/IG= 0.4, I2D/IG=0.65)。密度泛函理论计算表明氮、磷、氧共掺杂会明显增强电荷离域进而增强其电化学活性。所合成的三维多级孔道结构石墨烯可以直接用作超级电容器电极材料和氧化还原反应（ORR）的非金属催化剂，并且展现出426 F g-1(424 F cm-3)超高的比容量和优异的催化性能。所组装的柔性全固态对称型超级电容器也展现出25.3 Wh kg-1的质量能量密度和25.2 Wh L-1体积能量密度。同时该合成方法同样适用于多种固体碳源。这一成果近期发表在《Nano Energy》上。
该论文作者为： Yufeng Zhao, Shifei Huang, Meirong Xia, Sarish Rehman, Shichun Mu, Zongkui Kou, Zhi Zhang, Faming Gao, Yanglong Hou.
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N-P-O Co-doped High Performance 3D Graphene Prepared through Red Phosphorous-assisted “Cutting-Thin” Technique: A Universal Synthesis and Multifunctional Applications
Nano Energy, 2016, 28, 346–355, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.08.053
赵玉峰教授简介
赵玉峰，燕山大学教授，博士生导师。2006年获新加坡南洋理工大学博士学位，2007-2009年先后在澳大利亚迪肯大学、德国马尔堡大学从事博士后研究，2010年回到燕山大学任教，2014-2015年在美国西北大学访问。获2017年度河北省杰出青年基金，入选河北省“三三三”人才工程第三层次人选。迄今为止在Nature Commun.、 Adv. Energy Mater.、 Nano Energy、 Small、 J. Mater. Chem. A等国际期刊发表SCI收录论文60余篇，6篇入选ESI 1%高被引论文， 一篇入选期刊热点论文。现担任国际电化学能源科学院（the International Academy of Electrochemical Energy Science (IAOEES) ）理事、Frontiers in Energy Research (energy storage)编委、中国储能与动力电池及其材料专业委员会委员。
