【引言】
在過去十年中，石河柔性可穿戴的大學(xué)隊(duì)基電容微電子設(shè)備及其系統(tǒng)在移動(dòng)通訊、生物醫(yī)學(xué)、劉志料牛消費(fèi)電子、勇團(tuán)于共體育、價(jià)鍵清潔能源和環(huán)境等領(lǐng)域得到了極大的自支重視。因此，撐的超級(jí)柔性電子產(chǎn)品的柔性商業(yè)化給已經(jīng)成熟的電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。新儲(chǔ)能設(shè)備需要在彎曲、器材折疊、石河扭轉(zhuǎn)、大學(xué)隊(duì)基電容拉伸等連續(xù)的劉志料牛機(jī)械形變下，依然保持良好的勇團(tuán)于共穩(wěn)定性。碳布因其具有良好的價(jià)鍵導(dǎo)電性，而常被用作柔性集流體材料，自支但是如何在其表面負(fù)載電極材料，并能保證其在頻繁機(jī)械形變下，依然能保持其性能不變的問題，仍面臨著挑戰(zhàn)。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院劉志勇課題組在Chemical Engineering Journal上發(fā)表了題為Self-supported Flexible Supercapacitor Based on Carbo Fibers Covalently Combined with Monoaminophthalocyanine（DOI:?10.1016/j.cej.2019.123535）的研究性文章。報(bào)道了通過共價(jià)鍵將酞菁接枝在碳布上作為柔性電極材料，并應(yīng)用于對(duì)稱性柔性超級(jí)電容器。在這項(xiàng)工作中，他們通過等離子體處理碳布表面，再經(jīng)酸化，通過酰胺反應(yīng)將單氨基酞菁接到碳布上。通過等離子體處理過后的碳布表面會(huì)形成類石墨烯結(jié)構(gòu)，這對(duì)于提高碳布的比電容起到了一定的作用，并且對(duì)碳布表面上的碳層起到了一定的活化作用，繼而有利于下一步的酸化，酸處理后碳布上的羧基可以和單氨基酞菁上的氨基形成酰胺。酞菁的共軛結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高電極材料的電容，在連續(xù)的機(jī)械形變下，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期性能不變。該研究的亮點(diǎn)在于共價(jià)鍵代替導(dǎo)電粘結(jié)劑將集流體和電極材料進(jìn)行復(fù)合，為推進(jìn)高穩(wěn)定性柔性電極材料的設(shè)計(jì)制備提供了新思路。石河子大學(xué)劉志勇教授和孟桂花副教授為本文通訊作者，碩士研究生羅艷為第一作者。
【圖文解讀】
合成路線
GCC-PcNH2合成示意圖
結(jié)構(gòu)表征
(a) 碳布（CC）表面的SEM圖;
(b), (c) 等離子體處理后的碳布(GCC);
(d)?酸化后的碳布(GCC-COOH);
(e), (f)?酞菁改性后的碳布(GCC-PcNH2);
(g), (h) 等離子體處理后的TEM。
(a) CC,GCC和GCC-COOH拉曼圖譜;
(b) CC,GCC，GCC-COOH和GCC-PcNH2的紅外圖譜。
(a) CC,?GCC, GCC-COOH和GCC-PcNH2的XPS全圖譜;
(b),(c) GCC-COOH 的C1s和O1s分譜圖;
(d),(e) GCC-PcNH2?的C1s和O1s分譜圖。
(a) GCC-PcNH2的EDX圖譜;
(b1) GCC-PcNH2的SEM圖;
(b2-b4) 相應(yīng)C,N和O元素的映射。
性能表征及分析
(a-c)?CC,GCC和GCC-PcNH2的CV, GCD 和阻抗對(duì)比圖;
(d)?不同掃描速率下，GCC-PcNH2的CV曲線;
(e)?不同電流密度下，GCC-PcNH2的GCD曲線;
(f) GCC-PcNH2循環(huán)性能圖。
(a)?不同掃描速率下，GCC-PcNH2彎曲180度前后的CV曲線對(duì)比圖;
(b)?不同電流密度下，GCC-PcNH2彎曲180度前后的GCD曲線對(duì)比圖;
(c) 在不同電流密度下，彎曲后電極的保留率;
(d), (f) 彎曲180度后，GCC-PcNH2循環(huán)性能圖。
(a),(b) 柔性電容器(SC)的CV, GCD曲線圖;
(c) 彎曲不同角度時(shí)，SC的GCD曲線圖;(d)SC彎曲180度1000次后的GCD曲線對(duì)比圖;
(e) 三個(gè)SC串聯(lián)的GCD曲線圖;
(f) SC循環(huán)性能圖。
【小結(jié)】
本文首先通過等離子體技術(shù)處理碳布，再經(jīng)酸化、酰胺化反應(yīng)，將單氨基酞菁接枝到碳布上，制備了基于共價(jià)鍵連接的自支撐柔性電極材料，在電流密度為1mA cm-2的條件下，其比電容達(dá)到2.425 F cm-2。碳布經(jīng)過等離子體處理后，表面形成類石墨烯結(jié)構(gòu)，從而有效地提高了比電容；同時(shí)，酞菁共軛結(jié)構(gòu)的引入，進(jìn)一步提高了比電容。電極材料經(jīng)過10000次充放電，電容仍保持在90%左右。由于構(gòu)成電極材料的諸元通過共價(jià)鍵連接，彎曲180度后，再重復(fù)循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)，其比電容與未彎曲前一致。本研究結(jié)果為高穩(wěn)定性柔性電極材料的設(shè)計(jì)制備提供了新思路。
本文由石河子大學(xué)劉志勇教授課題組供稿。
