這里,通過固相微波輔助(SPMA)技術制備了氮摻雜石墨烯量子點(GQD)和石墨氮化碳(g-C3N4)量子點。所制備的GQD沉積在石墨氈(GF)上并用作高性能的全釩氧化還原液流電池(VRFB)電極。該GQD含有超高的O/C原子比例(56%至61%)和N/C原子比例(34%至66%),遠高于報道的其他碳基化合物(例如,氧化的活性炭,碳納米管和氧化石墨烯)。三種類型的量子點其平均粒徑約為2.8?4.2 nm且均勻分散在GF電極上,以形成GQD/GF復合電極。通過將GQD沉積到電極結構上,其催化活性,等效電阻,耐久性和電壓效率均得以改善。這將歸因于GQD中同時有含氧官能團(環氧,酚和羧基)和晶格N原子的存在,進而提高潤濕性和增加電化學表面積(提供富足的活性位)。

Figure 1.QD-1,QD-2,QD-3樣品的HRTEM圖,插圖呈現了對應的晶格,右邊的條形圖呈現了對應的顆粒尺寸分布。

Figure 2. (a)示意圖呈現了GQD/GF復合電極的制備過程,在(b)正極和(c)負極的氧還原對,其中GQDs充當活性位點。

Figure 3. QD-1,QD-2,QD-3樣品處理或未處理的EIS譜圖。

Figure 4. QD-1,QD-2,QD-3樣品和未處理的GF電極的阻抗極化曲線。

Figure 5. (a)隨著GQD/GF中C-O官能團含量增加,電流密度和等效阻抗的變化情況,(b)高度O-/N-功能化的GQDs中活性位點分布示意圖。

Figure 6. (a)QD-2和(b)未處理的GF電極組裝的VRFBs在100 mA cm-2電流密度時的充放電曲線,(c)電容量剩余量以及庫倫效率與循環圈數的關系。
該研究工作由美國田納西大學的Chien‐Te Hsieh課題組于2020年發表在Nanoscale期刊上。原文:Graphene Quantum Dots Decorated Carbon Electrodes for Energy Storage in Vanadium Redox Flow Batteries