高比表面積、良好的導電性和高機械強度對于用作高性能超級電容器電極材料的碳纖維織物（CNFs）來說至關(guān)重要。然而，達到這些要求依然是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為堅固、連續(xù)的導電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和發(fā)達的多孔結(jié)構(gòu)之間存在“此消彼長”的聯(lián)系。在本文中，我們開發(fā)了一種簡單的策略，通過添加石墨烯量子點（GQDs），將這些性質(zhì)整合在靜電紡絲碳纖維織物中。被織物均勻包裹的的石墨烯量子點在構(gòu)筑整個增強相和導電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的過程中起到了重要的“雙功能”作用。與純的碳纖維織物相比，這種石墨烯量子點增強和活化過的碳纖維織物展現(xiàn)出了大大提高的比表面積（從140 m
2 g
-1 提升至 2032 m
2 g
-1），且導電性和機械強度分別提高了5.5倍和2.5倍。這種強力增強作用的機制被深度地研究。作為自支撐的超級電容器電極，這種織物在1 A g
-1的電流密度下具有335 F g
-1的電容，并且在100 A g
-1和100 A g
-1的電流密度下分別表現(xiàn)出77%和45%的容量保留。重要的是，這種織物組成的對稱式裝置在2.2秒內(nèi)就能充入80%的容量，具有用于高功率啟動設備的巨大潛力。
Figure 1. 通過靜電紡絲、碳化、化學活化制備高比表面積的石墨烯量子點增強的靜電紡絲碳纖維織物（AGRCNF）的示意圖。石墨烯量子點在增強相和導電網(wǎng)絡的構(gòu)筑中起到了雙功能作用，因為它具有強交聯(lián)作用和高結(jié)晶度。
Figure 2. (a) AGRCNF-3經(jīng)過多次緊握、折疊、扭曲、拉伸后的照片，（b）AGRCNF-3（700 μm，34 mg）拉起200 g重量的照片。
Figure 3. CNF，GRCNF，AGRCNF-3的（a） N
2吸脫附等溫線，（b）孔徑分布圖。（c）AGRCNF和文獻報道的石墨烯纖維（GFs）、石墨烯/碳納米管復合纖維（G/CNT）、活化過的碳纖維織物（ACFs）、靜電紡絲碳纖維織物（ECNFs）之間比表面積對比圖。（d）樣品的拉力和導電性測試。CNF，GRCNF，和AGRCNF-3的（e）XRD譜圖，（f）Raman光譜。
Figure 4. CNF的SEM照片(a1，b1)，HRTEM照片（c1）。GRCNF的SEM照片(a2，b2)，HRTEM照片（c2）。AGRCNF-3的SEM照片(a3，b3)，HRTEM照片（c3）。
Figure 5. （a）靜電紡絲樣品E-PAN和E-G/PAN的FT-IR譜圖，（b）預氧化樣品PO-PAN和PO-G/PAN的FT-IR譜圖，（c）CNF和GRCNF的FT-IR譜圖，（d）CNF和GRCNF的XPS總譜，（e）CNF和GRCNF的 XPS C 1s 譜中所得的各組分碳的含量圖，（f）CNF和GRCNF的 XPS O 1s 譜中所得的各組分氧的含量圖，（g）PAN鏈條的預氧化過程，（h）GQDs和PAN鏈條間可能的反應機理。
Figure 6. （a） mV s
-1掃速下的CV曲線，（b）1 A g
-1下的恒電流充放電曲線，（c）倍率性能圖，（d）三電極系統(tǒng)中所有樣品的EIS譜圖。
Figure 7. 所有樣品在兩電極系統(tǒng)中的電化學性能：（a）不同掃速下的CV曲線，（b）不同電流密度下的恒電流充放電曲線，AGRCNF-3//AGRCNF-3對稱式電容器的（c）電壓降，（d）倍率性能，（e）Ragone曲線。CNF，GRCNF，和AGRCNF-3器件的（f）EIS譜圖,（g）Bode曲線。AGRCNF-3//AGRCNF-3電容器在50 A g
-1下的循環(huán)性能。
本研究于2020年由新疆大學的 Su Zhang、Dianzeng Jia和中國石油大學的Zhuangjun Fan課題組發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces（預印本，DOI：10.1021/acsami.9b22408）
原文：Graphene Quantum Dot Reinforced Electrospun Carbon Nanofiber Fabrics with High Surface Area for Ultrahigh Rate Supercapacitors。
