为了满足人类工作和生活的多元化需求，便携式可穿戴电子设备得到了飞速的发展。同时，对电子设备的储能装置提出了新的需求。微型超级电容器（Micro-Supercapacitors，MSCs），由于其具有较高的功率密度加上轻薄与柔韧的特征，能够更好的满足便携式电子设备的供能需求。然而，当前制备MSCs电极主要是基于湿法技术，湿法技术通常需要多个步骤，包括制备活性粉体材料→将粉体分散成浆料/油墨→采用（3D）打印/丝印/喷涂/激光刻蚀等方法制备微型电极等步骤。这些繁琐和耗时的过程可能会改变材料微观结构和影响器件的大规模集成。因此，开发一种无溶剂加工和可扩展的高性能MSCs的方法仍然是一个巨大的挑战。

近日，大连工业大学廖永平与阿尔托大学Esko I. Kauppinen、中科院大连化物所吴忠帅、华东理工大学练成等合作在Adv. Funct. Mater. 上在线发表了题为“Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition Patterning Nitrogen-Doped Single-Walled Carbon Nanotubes for Shape Tailorable and Flexible Micro-Supercapacitors”的研究论文。第一作者为大连工业大学2020级硕士研究生董浩浩和大连化物所博士后张良柱。该工作使用浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)直接生长氮掺杂单壁碳纳米管 (N-SWCNTs)，并通过气相抽滤同步构筑了微型电极。该方法制备微型电极无需使用分散剂，无需考虑流变性，为微型超级电容器的制备提供了一种简便快捷的策略。

杂原子掺杂的碳材料已经被证明能有效提高电容特性。本工作中基于FCCVD方法，使用乙腈作为碳源和氮源一步生长出气溶胶形式的N-SWCNTs（图1a），然后通过图案化滤膜直接沉积为MSC微电极（图1b）。图案化滤膜的制作过程如图1c-e所示。此外，可以将收集到的MSC微电极转移至不同基底（图1f-h）。并且该方法制备的MSC电极具有可扩展和可任意定制不同图案的潜力（图1i, j）。

图1 FCCVD法制备N-SWCNTS并同步构筑MSC微电极的过程。

通过SEM、TEM对N-SWCNTs的表面形貌进行了表征，可以看出其N-SWCNT薄膜具有丰富的孔隙为电解质离子的扩散提供了通道，且结合TEM图像得出N-SWCNTs管束直径约8.5 nm，薄膜具有优良的导电性（图2g）。通过AFM表征出MSC电极厚度为365 nm。随着H₂流速的增加，N-SWCNTs的面电阻逐渐降低且碳管质量得到提升（图2h）。结合XPS表征，可以看出随着H₂流速的增加，N-SWCNTs中的氮含量逐渐降低（图2j-m）。

图2 N-SWCNTs的形貌、厚度、光学性能及结构表征。

　　随后，将插指电极组装成MSC器件分别对单一MSC和串并联的柔性MSCs器件的电化学性能进行了探究。基于N-SWCNT器件表现出比未掺氮的具有更高的电容性能，且比电容随着氮含量的升高而升高（图3a-c）。此外，基于干法构筑的N-SWCNT微型超电具有卓越的机械柔性（图3l），出色的比电容（在5 mV s^-1的扫描速率下，3.6 mF cm^-2和98.6 F cm^-3），优异的循环稳定性（在125,000次充放电循环后，电容保持率高达97.4%），以及在111 mW cm^-3（0.004 mW cm^-2）的功率密度下，对应能量密度为4.5 mWh cm^-3 （0.16 µWh cm^-2）。最后，将由10个MSCs串联的柔性器件进行了应用展示（图4g）。本工作基于FCCVD法可控制备了N-SWCNT并同步构筑了微型电极，氮含量和薄膜导电性都可以通过氢气调控。制备的图案化微型电极可以简单地转移到各种基底上，易于集成和具有低成本、绿色环保等优势，因此为大面积生产高性能的柔性MSCs提供了一个更为简易的方法。

图3 基于N-SWCNTs的MSC器件的电化学性能。

图4 MSC器件的串并联电化学性能测试及应用展示。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202301103 

信息来源：高分子科学前沿

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。