中國粉體網(wǎng)9月30日訊  近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室在二維類石墨烯研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究人員利用新型無機(jī)二維超薄結(jié)構(gòu)構(gòu)建了高氧化還原電位且最優(yōu)能量密度的柔性平面超級(jí)電容器。該結(jié)果以 “Two-dimensional vanadyl phosphate ultrathin nanosheets for high energy density and flexible pseudocapacitors” 為題在線發(fā)表在9月12日出版的Nature Communications雜志上。

    近年來，由于便攜式電子器件突飛猛進(jìn)的發(fā)展，柔性薄膜型儲(chǔ)能器件能夠?qū)崿F(xiàn)能量供給的同時(shí)兼具柔性、超薄甚至透明特性而廣受關(guān)注。盡管超薄二維石墨烯/類石墨烯材料在構(gòu)建柔性超級(jí)電容器表現(xiàn)出強(qiáng)勁優(yōu)勢(shì)，但是目前高電化學(xué)活性的電極材料的進(jìn)展依然不盡人意，無法滿足目前薄膜型超級(jí)電容器對(duì)高能量密度的迫切需求。

    針對(duì)上述挑戰(zhàn)，我校謝毅教授課題組與美國德克薩斯大學(xué)-奧斯汀分校余桂華教授合作，提出了利用具有高電化學(xué)活性的磷酸氧釩二維超薄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二維雜化組裝薄膜來構(gòu)筑柔性超級(jí)電容器的新途徑，獲得了氧化還原電位(~1.0V)接近純水電化學(xué)窗口電壓（1.23V）的贗電容柔性平面超級(jí)電容器。博士生盧秀麗、本科生彭樂樂等人通過選擇性溶劑超聲，制備出具有幾層原子厚度的磷酸氧釩超薄二維結(jié)構(gòu)。為了解決具有電學(xué)絕緣性的磷酸氧釩在電極中的電子傳導(dǎo)問題，他們通過氫鍵作用使二維超薄磷酸氧釩集成在石墨烯片層之上形成二維雜化結(jié)構(gòu)，再將這種二維雜化結(jié)構(gòu)通過層層組裝形成薄膜電極，這樣組裝出薄膜的電導(dǎo)率達(dá)1.6´10-1 W∙cm，比純的二維磷酸氧釩超薄薄膜的電導(dǎo)率提高了8個(gè)數(shù)量級(jí)。新設(shè)計(jì)的組裝結(jié)構(gòu)不僅完美體現(xiàn)了磷酸氧釩的高電化學(xué)活性，又解決了薄膜電極的導(dǎo)電性問題，因此構(gòu)建出的柔性薄膜型超級(jí)電容器的比容量高達(dá)8360.5 μF∙cm-2，能量密度達(dá)1.7 mWh∙cm-2，功率密度達(dá)5.2 mW∙cm-2，是目前為止最優(yōu)能量密度的柔性超級(jí)電容器。該項(xiàng)研究對(duì)于推動(dòng)能源存儲(chǔ)領(lǐng)域進(jìn)展具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，也為研究尺度受限的二維超薄結(jié)構(gòu)的電性能開辟了新的途徑。

    謝毅教授課題組一直從事基于電、聲調(diào)制的無機(jī)功能固體設(shè)計(jì)與合成這一交叉領(lǐng)域研究，自2011年始在無機(jī)二維超薄結(jié)構(gòu)的精細(xì)結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)與電、光、熱基本性能的調(diào)控規(guī)律方面開展了深入研究，迄今已在Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.三個(gè)國際著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表高水平論文十余篇，還為英國皇家化學(xué)會(huì)著名綜述刊物Chem. Soc. Rev.撰寫了兩篇指導(dǎo)性評(píng)述。該課題組是目前國際上在該領(lǐng)域持續(xù)活躍的幾個(gè)主要研究小組之一。

    該工作的學(xué)生第一作者為博士生盧秀麗同學(xué)，2010年從聊城大學(xué)考入科大讀研，另一重要參與者彭樂樂同學(xué)是科大化學(xué)院2008級(jí)本科生，2013年8月赴美國德克薩斯大學(xué)-奧斯汀分校余桂華教授課題組攻讀博士學(xué)位。

    該工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部重大研究計(jì)劃和中國科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目的資助。