導電聚合物聚苯胺(PANI)具有比電容高、成本低、環境友好等優點，被認為是一種很有前途的超級電容器贗電容電極材料。然而，聚苯胺在充放電過程中較差的循環穩定性限制了其廣泛的實際應用。在此，提出了一種簡單的合成方法，通過全氟苯基疊氮化物偶聯化學，將苯胺四聚體(PANI的基本構建塊)共價接枝到3D石墨烯網絡上，以構建超長壽命的超級電容器雜化電極材料。該設計以短鏈TANI代替長鏈PANI，并在TANI與3D石墨烯之間引入共價鍵，大大提高了聚苯胺基超級電容器的充放電循環穩定性。電極材料以及所制備的對稱全固態超級電容器具有超長的循環壽命(3萬次充放電循環后電容保持在85%以上)。通過使用氧化還原活性的電解質在電極表面實現快速可逆的氧化還原反應，可以進一步提高電容，同時保持出色的循環穩定性(對于對稱全固態器件，10萬次循環后電容保持82%)。這項工作提供了一個有效的策略，以提高導電聚合物基儲能器件的循環壽命。
Figure 1. a) ATFB-TANI接枝3D GN (ATgGN)制作工藝示意圖。b)純GN和c) ATgGN的SEM圖像，插圖顯示了較低放大倍數的圖像。d,e) ATgGN在不同倍率下的TEM圖像。f) ATgGN的SEM圖像，g) EDS光譜和h-k) EDS元素映射。
Figure 2. a) ATgGN、純GN以及初始材料GO和ATFB-TANI的FT-IR光譜。b) ATgGN的XPS譜。 c) C 1s和d) N 1s的高分辨XPS譜。
Figure 3. 研究和比較了不同電極在1.0 M H2SO4條件下的電化學性能。a) ATgGN、TANI/GN、PANI/GN結構示意圖。b)各樣品在20 mV s−1掃描速率下的CV曲線。c) ATgGN電極在不同電流密度下的GCD曲線。d) 10000次充放電循環的循環穩定性研究。e)奈奎斯特圖。f)倍率特性研究，比電容和面積電容作為電流密度的函數。g)在5 mV s−1時，定量ATgGN電極中表面控制和擴散控制的電荷存儲。
Figure 4．對稱ATgGN||ATgGN器件在PVA/H2SO4凝膠電解質中的電化學評價。a)不同掃描速率下的CV曲線。b)不同電流密度下的GCD曲線。c)奈奎斯特圖。d) 30000次充放電循環的循環穩定性研究。e) ATgGN與其他碳基和聚苯胺基雜化材料在三電極電池中循環穩定性的比較。
該研究工作由美國加利福尼亞大學Richard B. Kaner課題組于2021年發表Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：3D Graphene Network with Covalently-Grafted Aniline Tetramer for Ultralong-Life Supercapacitors。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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