美国加利福尼亚大学Richard B. Kaner课题组--具有共价接枝苯胺四聚体的3D石墨烯网络用于超长寿命超级电容器

导电聚合物聚苯胺(PANI)具有比电容高、成本低、环境友好等优点，被认为是一种很有前途的超级电容器赝电容电极材料。然而，聚苯胺在充放电过程中较差的循环稳定性限制了其广泛的实际应用。在此，提出了一种简单的合成方法，通过全氟苯基叠氮化物偶联化学，将苯胺四聚体(PANI的基本构建块)共价接枝到3D石墨烯网络上，以构建超长寿命的超级电容器杂化电极材料。该设计以短链TANI代替长链PANI，并在TANI与3D石墨烯之间引入共价键，大大提高了聚苯胺基超级电容器的充放电循环稳定性。电极材料以及所制备的对称全固态超级电容器具有超长的循环寿命(3万次充放电循环后电容保持在85%以上)。通过使用氧化还原活性的电解质在电极表面实现快速可逆的氧化还原反应，可以进一步提高电容，同时保持出色的循环稳定性(对于对称全固态器件，10万次循环后电容保持82%)。这项工作提供了一个有效的策略，以提高导电聚合物基储能器件的循环寿命。

Figure 1. a) ATFB-TANI接枝3D GN (ATgGN)制作工艺示意图。b)纯GN和c) ATgGN的SEM图像，插图显示了较低放大倍数的图像。d,e) ATgGN在不同倍率下的TEM图像。f) ATgGN的SEM图像，g) EDS光谱和h-k) EDS元素映射。

Figure 2. a) ATgGN、纯GN以及初始材料GO和ATFB-TANI的FT-IR光谱。b) ATgGN的XPS谱。c) C 1s和d) N 1s的高分辨XPS谱。

Figure 3. 研究和比较了不同电极在1.0 M H2SO4条件下的电化学性能。a) ATgGN、TANI/GN、PANI/GN结构示意图。b)各样品在20 mV s−1扫描速率下的CV曲线。c) ATgGN电极在不同电流密度下的GCD曲线。d) 10000次充放电循环的循环稳定性研究。e)奈奎斯特图。f)倍率特性研究，比电容和面积电容作为电流密度的函数。g)在5 mV s−1时，定量ATgGN电极中表面控制和扩散控制的电荷存储。

Figure 4．对称ATgGN||ATgGN器件在PVA/H2SO4凝胶电解质中的电化学评价。a)不同扫描速率下的CV曲线。b)不同电流密度下的GCD曲线。c)奈奎斯特图。d) 30000次充放电循环的循环稳定性研究。e) ATgGN与其他碳基和聚苯胺基杂化材料在三电极电池中循环稳定性的比较。

该研究工作由美国加利福尼亚大学Richard B. Kaner课题组于2021年发表Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：3D Graphene Network with Covalently-Grafted Aniline Tetramer for Ultralong-Life Supercapacitors。