宋雪峰《ACS nano》共价组装黑磷/导电C3N4用于柔性超级电容器

黑磷(BP)是一种很有前途的超级电容器电极材料。目前，其实际应用的主要限制是导电性低，结构稳定性差。因此，基于bp的超级电容器通常存在电容低和循环稳定性差的问题。在此，通过球磨法开发了化学桥接的BP/导电g-C3N4 (BP/c-C3N4)杂化物。通过球磨工艺生成共价P-C键，有效防止了离子输运和扩散引起的BP结构畸变。此外，由于BP与高导电性c-C3N4之间的充分耦合，整体导电性显著增强。此外，C原子周围电荷分布的不平衡可以诱导局部电场的产生，促进电极材料的电荷转移行为。结果表明，BP/c-C3N4-20:1柔性超级电容器(FSC)在0.005 V/s时的容量容量为42.1 F/cm3，高能量密度为5.85 mW h/cm3，最大功率密度为15.4 W/cm3。更重要的是，该设备提供了出色的循环稳定性，在30,000次循环后没有电容损失。

图文简介

(a) BP/c-C3N4杂化物的合成示意图。SEM图像:(b)球磨后的纯BP(插图为BP的TEM图像)，(c)球磨后的c- c3n4材料(插图为c- c3n4的TEM图像)，(d)制备好的BP/c- c3n4 -20:1样品(BP用白色箭头标记，c- c3n4用黄色圆圈标记)。

(a) TEM图像，(b, c) HRTEM图像(面板b中插入的是电子衍射图)，(d-h) BP/c- c3n4 -20:1中c、P、N、O元素的EDS元素映射图像。

BP、c-C3N4和BP/c-C3N4-20:1的XRD谱图(a)和拉曼光谱(b)。BP/ C - c3n4 -20:1的c1s (C)和P 2p (d)的高分辨率XPS分析

(a)柔性BP/c-C3N4-GP薄膜光学照片。(b)组装后的FSC示意图。BP/c-C3N4-20:1 FSC器件的电化学性能:(c-e) 5 mV/s ~ 10 V/s扫描速率下的CV曲线，(f)不同扫描速率下的CV曲线计算出的比电容，(g)不同电流密度下的GCD曲线，(h)扫描速率为0.05 V/s不同弯曲角度下的CV曲线(图中为器件不同弯曲角度下的照片)。

(a) BP/c-C3N4-20:1 FSC装置的Ragone图及其与一些商业储能系统和报道装置的比较。(b)单个BP/c-C3N4-20:1 FSC器件和4个串联器件在电流密度为4 a /cm3时的GCD曲线;右侧是一系列四个连接设备的照片，分别打开红色(2.0 V)和蓝色(3.0 V) led，并驱动一个小型电动机(3.2 V)。

论文信息

论文题目：Covalently Assembled Black Phosphorus/Conductive C3N4Hybrid Material for Flexible Supercapacitors Exhibiting a Superlong 30,000 Cycle Durability

通讯作者：宋雪峰

通讯单位：上海交通大学

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