帕拉茨基大学Kolleboyina Jayaramulu课题组--共价石墨烯-MOF混合物用于高性能非对称超级电容器

在这项工作中，胺官能化的金属有机骨架（UiO-66-NH₂=Zr₆O₄(OH)₄(bdc-NH₂)₆; bdc-NH₂=2-氨基-1,4-苯二甲酸）（UiO-Universitetet i Oslo）的共价连接，通过酰胺键共价连接到羧酸盐官能化的石墨烯（石墨烯酸＝GA）的基面上。所得的GA@UiO-66-NH₂杂化物显示出大的比表面积、分层的孔和相互连接的导电网络。电化学特性表明，杂化GA@UiO-66-NH₂是一种有效的电荷存储材料，其电容高达651 F g^-1，大大高于传统的基于石墨烯的材料。结果表明，酰胺键在π共轭结构的形成中起关键作用，它有助于电荷转移，因此具有良好的电容和循环稳定性。此外，为了实现实际可行性，已经构造了使用GA@UiO-66-NH₂正电极和Ti₃C₂T_X MXene作为对电极的不对称超级电容器。该电池能够提供高达16 kW kg^-1的功率密度和高达73 Wh kg^-1的能量密度，可与多种商用设备（如铅酸电池和Ni/MH电池）相媲美。在中等负载水平下，该器件在10000次循环后仍保持其初始电容的88％。

Figure 1. a）在溶剂热条件下，通过酰胺键将GA和UiO-66-NH₂共价组装为GA@UiO-66-NH₂的示意图。b）酰胺键；c）UiO-66-NH₂和GA@UiO-66-NH₂的PXRD图谱。d）GA@UiO-66-NH₂的N₂吸附等温线。插图：孔径分布。

Figure 2. GA@UiO-66-NH₂的微观形貌分析：（a）GA的HRTEM图；（b-d）GA@UiO-66-NH₂的TEM图；GA@UiO-66-NH₂的（e）HAADF图，（f）碳、（g）Zr、（h）N和（i）O的元素曼谱图

Figure 3. GA@UiO-66-NH₂电极在三电极装置中的电化学性能

Figure 4. GA@UiO-66-NH₂//Ti₃C₂T_x非对称超级电容器在1 M Na₂SO₄下的电化学性能

相关研究成果于2021年由帕拉茨基大学Kolleboyina Jayaramulu课题组，发表在Adv. Mater.（DOI: 10.1002/adma.202004560）上。原文：Covalent Graphene-MOF Hybrids for High-Performance Asymmetric Supercapacitors。