大連化物所微型超級電容器研究獲進展

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥團隊采用自下而上熱解法制備出連續、均勻、超薄的硫摻雜石墨烯薄膜，并將其應用于高比容量微型超級電容器，相關研究成果發表在《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.，DOI:10.1021/jacs.7b00805）上。該工作受到《物理化學學報》（Acta Physico-Chimica Sinica）主編、北京大學教授、中科院院士劉忠范的關注，他在該學報上撰寫了《自下而上法制備硫摻雜石墨烯薄膜應用于微型超級電容器》的亮點文章（DOI:10.3866/PKU.WHXB201703171），并進行了Highlight報道。

　　高度集成化、輕量便攜化和功能結構一體化電子設備的迅速發展，迫切需要與其配套的新型儲能器件。微型超級電容器因其輕量化、體積小、超高功率密度等優勢備受關注；其中，發展高性能電極材料是實現高性能微型超級電容器的重要研究方向之一。研究發現，一種或多種雜原子（氮、硼、硫）摻雜石墨烯能夠顯著提高超級電容器性能；但是，以納米石墨烯為前軀體，采用自下而上精確制備出厚度均一、大面積的硫摻雜石墨烯薄膜仍面臨很大挑戰。

　　該研究團隊利用納米金薄層的二維納米限域效應和金催化作用，采用自下而上逐步熱解法成功制備出連續、均勻的硫摻雜石墨烯薄膜；以該薄膜為電極，采用微納加工技術構建微型超級電容器。該電容器具有體積比容量高（582F/cm3）、循環穩定性好和功率密度高（1191W/cm3）等優點。機理研究表明，納米金薄層的存在有利于形成穩定的S-Au鍵、C-S鍵，從而實現了納米石墨烯主體結構完整、硫元素均勻摻雜和薄膜厚度均一。該工作為自下而上法可控制備大面積、連續石墨烯薄膜提供了新思路；也為硫摻雜石墨烯提供了新方法，并證實了硫摻雜能顯著提高石墨烯薄膜的電化學性能。

　　上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、遼寧省自然科學基金、國家青年千人計劃等項目的資助。