东大学Renjie Zhang课题组--MnO2纳米片@氮掺杂石墨烯气凝胶可实现高能量高功率超级电容器和锌空气电池

在这项工作中，合成制备了大比表面积，分级多孔，高导电性的MnO2纳米片@氮掺杂石墨烯气凝胶（MNSs@NGA），超薄的MnO2纳米片垂直生长在多孔NGA表面，且存在Mn-O-C和Mn-N键。通过计算知道，超薄的MNSs暴露的表面单位面积比例很高，在该研究中首次定量了该值，以进一步了解MNSs@NGA的大表面积与高比电容相关。该MNSs@NGA复合电极用于超级电容器和锌空电池时，具有出色的电化学性能，包括高的比能量和比功率密度，优于目前报道的MnOx基材料。基于MnO2的重量比，MNSs@NGA显示出高的比电容，该值接近MnO2的理论比电容。此外，MNSs@NGA用于有效的能量转换和存储时，还讨论了相关机制，涉及到水介质中的快速电子和离子转移过程。

Figure 1. MNSs@NGA的形成示意图。

Figure 2. （a-c）SEM，（d-e）不同放大倍数的TEM图像，（f）SAED模式，（g）HRTEM图像，（h）SEM图像和（i-1）MNSs@NGA的C，N，O和Mn元素映射图像。

Figure 3.（a）O 1s，（b）N 1s XPS光谱，（c）在-196 ℃温度下的N2吸附-解吸等温线，（d）MNSs@NGA的孔径分布。

Figure 4.（a）不同扫描速率下的CV曲线，以及（b）MNSs@NGA在不同电流密度下的GCD曲线。（c）不同电流密度下的比电容和（d）循环稳定性测试。（e）MNSs@NGA//AC ASC装置的充电/放电过程示意图。（f）AC和MNSs@NGA在扫描速度为50 mV s-1时的CV曲线。（g）不同电压窗口下的CV曲线，（h）不同扫描速率下的CV曲线，（i）不同电流密度下的GCD曲线，（j）比能量-比功率曲线。（k）比电容图，和（l）循环稳定性测试。

该研究工作由山东大学Renjie Zhang课题组，于2020年发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：MnO2 nanosheets@nitrogen-doped graphene aerogel enable high specific energy and high specific power for supercapacitor and Zn-air battery。