功能化石墨烯需要高效且有選擇性的方法，因?yàn)樗鼈兛梢哉{(diào)整石墨烯表面和電子性能。迄今為止，石墨烯已經(jīng)使用離子鍵，π-π相互作用和共價(jià)鍵進(jìn)行了功能化?；谶@些方法的石墨烯衍生物已被用于各種應(yīng)用，但仍需要一種新的功能化策略來(lái)改善石墨烯的性能。在此，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了使用鹵代石墨烯來(lái)進(jìn)行石墨烯官能化的新概念，其中溴化石墨烯被異原子分子成功功能化，例如吡啶或銨離子鍵。在保留分子的同時(shí)用硫酸處理，反溴離子會(huì)被其他陰離子取代(例如硫酸根)，這表明了溴離子鍵的持久性能。為了強(qiáng)調(diào)這一策略在石墨烯功能化方面的優(yōu)勢(shì)，我們通過(guò)離子鍵將氧化還原活性基團(tuán)引入石墨烯后，評(píng)估了其在能源相關(guān)方面的應(yīng)用性能，如生物燃料電池、超級(jí)電容器和鋰離子電池。這種新的石墨烯功能化概念將為設(shè)計(jì)具有特定功能的定制材料提供一種新方法。
Scheme 1. 鎓-石墨烯雜化體的制備。
Figure 1. (a) (i) Py-G, (ii) Et
3N-G, (iii) iPr
2NH-G, (vi) IQD-G, 和 (v) IQD-G 的N 1s XPS。(b) (i) Br-G, (ii) Py-G, (iii) iPr
2NH-G, (vi) Et
3N-G, 和 (v) IQD-G的FTIR光譜。
Figure 2. 生物燃料電池的功率密度。
Figure 3. (a)不同電流密度下IQD-G的恒電流充放電曲線。(b)電流密度為20 A g
−1時(shí)的循環(huán)性能。
Figure 4. (a)不同電流密度下IQD-G的恒電流充放電曲線。(b)電流密度為1 A g
−1時(shí)的循環(huán)性能。
相關(guān)研究成果于2020年由岡山大學(xué)Yuta Nishina課題組，發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces(https://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b21082)上。原文: A Simple and Robust Functionalization of Graphene for Advanced Energy Devices
