浙理工《J Energy Storage》：氮掺杂硅氧烯及石墨烯复合材料，用于高性能纤维基超级电容器

1成果简介 

石墨烯纤维超级电容器（FSC）具有出色的功率和能量密度，是智能柔性电子设备供电的有希望的候选者。然而，活性材料的低质量负载和离子的缓慢扩散限制了它们的电化学性能。本文，浙江理工大学杜平凡教授、熊杰教授等在《J Energy Storage》期刊发表名为“Nitrogen doped siloxene and composite with graphene for high performance fiber-based supercapacitors”的论文，研究提出了一种稳健而简便的策略，旨在通过硅氧烯/聚吡咯的热解构建氮掺杂硅烯/石墨烯2D/2D复合材料（N-SiNs@G），以进一步提高纤维电极的电化学性能。

聚吡咯纳米颗粒的碳化为掺杂硅氧烯制备氮掺杂硅烯（N-SiNs）提供了原位氮源，提高了硅氧烯的电子导电性和储能能力。N-SiNs@G复合材料表现出多组分协同效应，可增强离子扩散。此外，石墨烯纳米片保持了杂化纤维的完整性和稳定性，并提供了灵活性。本研究设计的氮掺杂硅烯/石墨烯杂化纤维（N-SiGFs）电极在光纤超级电容器应用中表现出优异的电化学性能和优异的机械柔韧性。

2图文导读  

图1.N-SiGF样品和基于光纤的超级电容器的制造示意图。

图2.（a）低倍率和（b）高放大倍率下分层SiN的TEM图像。（c） 从（b）中的白线迹线获取的层间距离的分辨率，约为0.32纳米。（d） SiN的AFM图像（插图显示了AFM测量的厚度剖面）。（e）PPy@SiNs和（f）N-SiN纳米片的SEM图像。

图3.（a） FTIR，以及 （b） SiNs、PPy@SiNs 和 N-SiN 的 XRD。（c） PPy@SiNs和N-SiN的拉曼光谱。（d-f）N-SiN的相应高分辨率XPS频谱图（C 1 s，Si 2p，900 °C）。（G-I）N 1 s峰的高分辨率XPS光谱：分别为700 °C、900 °C和1100 °C。

图4.（a） 多孔N-SiGF20的表面SEM图像。（bc）N-SiGF20横截面的SEM图像。所有纤维样品的（d）拉曼光谱，（e）应力应变和（f）电导率。

图5、GF、SiGF20和N-SiGF电极电化学性能

图6、N-SiGF20柔性电极的应用图示

3小结 

综上所述，提出了一种新颖的二维材料掺杂方法，通过将氮掺杂SiN掺入GFs中，制备2D/2D复合材料作为FSC的电极材料。本研究结果为柔性FSC高性能电极的未来发展提供了宝贵的见解。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106984

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来源：文章来自JES网站，由材料分析与应用整理编辑。

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