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Covalent Graphene‐MOF Hybrids for High‐Performance Asymmetric Supercapacitors
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2020-12-04 , DOI: 10.1002/adma.202004560
Kolleboyina Jayaramulu 1, 2, 3 , Michael Horn 4 , Andreas Schneemann 5 , Haneesh Saini 1 , Aristides Bakandritsos 2, 6 , Vaclav Ranc 2 , Martin Petr 2 , Vitalie Stavila 7 , Chandrabhas Narayana 8 , Błażej Scheibe 2, 9 , Štěpán Kment 2, 6 , Michal Otyepka 2 , Nunzio Motta 4 , Deepak Dubal 4 , Radek Zbořil 2, 6 , Roland A. Fischer 3
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2020-12-04 , DOI: 10.1002/adma.202004560
Kolleboyina Jayaramulu 1, 2, 3 , Michael Horn 4 , Andreas Schneemann 5 , Haneesh Saini 1 , Aristides Bakandritsos 2, 6 , Vaclav Ranc 2 , Martin Petr 2 , Vitalie Stavila 7 , Chandrabhas Narayana 8 , Błażej Scheibe 2, 9 , Štěpán Kment 2, 6 , Michal Otyepka 2 , Nunzio Motta 4 , Deepak Dubal 4 , Radek Zbořil 2, 6 , Roland A. Fischer 3
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In this work, the covalent attachment of an amine functionalized metal‐organic framework (UiO‐66‐NH2 = Zr6O4(OH)4(bdc‐NH2)6; bdc‐NH2 = 2‐amino‐1,4‐benzenedicarboxylate) (UiO‐Universitetet i Oslo) to the basal‐plane of carboxylate functionalized graphene (graphene acid = GA) via amide bonds is reported. The resultant GA@UiO‐66‐NH2 hybrid displayed a large specific surface area, hierarchical pores and an interconnected conductive network. The electrochemical characterizations demonstrated that the hybrid GA@UiO‐66‐NH2 acts as an effective charge storing material with a capacitance of up to 651 F g−1, significantly higher than traditional graphene‐based materials. The results suggest that the amide linkage plays a key role in the formation of a π‐conjugated structure, which facilitates charge transfer and consequently offers good capacitance and cycling stability. Furthermore, to realize the practical feasibility, an asymmetric supercapacitor using a GA@UiO‐66‐NH2 positive electrode with Ti3C2TX MXene as the opposing electrode has been constructed. The cell is able to deliver a power density of up to 16 kW kg−1 and an energy density of up to 73 Wh kg−1, which are comparable to several commercial devices such as Pb‐acid and Ni/MH batteries. Under an intermediate level of loading, the device retained 88% of its initial capacitance after 10 000 cycles.
中文翻译：
用于高性能非对称超级电容器的共价石墨烯-MOF 杂化物
在这项工作中，胺官能化金属有机框架 （UiO‐66-NH2 = Zr6O4（OH）4（bdc-NH2）6;bdc-NH2 = 2-氨基-1,4-苯二羧酸盐） （UiO‐Universitetet i Oslo） 通过酰胺键共价连接到羧酸盐官能化石墨烯（石墨烯酸 = GA）的基平面。所得的 GA@UiO-66-NH2 杂化物显示出较大的比表面积、多级孔和互连的导电网络。电化学表征表明，杂化 GA@UiO-66-NH2 是一种有效的电荷存储材料，电容高达 651 F g-1，明显高于传统的石墨烯基材料。结果表明，酰胺键在π共轭结构的形成中起关键作用，这促进了电荷转移，从而提供了良好的电容和循环稳定性。此外，为了实现实际可行性，构建了一种使用 GA@UiO-66-NH2 正极的非对称超级电容器，其中 Ti3C2TX MXene 作为相对电极。该电池能够提供高达 16 kW kg-1 的功率密度和高达 73 Wh kg-1 的能量密度，可与铅酸电池和镍氢电池等几种商用设备相媲美。在中等负载水平下，该器件在 10 000 次循环后仍保持了 88% 的初始电容。
更新日期：2021-01-25
中文翻译：
用于高性能非对称超级电容器的共价石墨烯-MOF 杂化物
在这项工作中，胺官能化金属有机框架 （UiO‐66-NH2 = Zr6O4（OH）4（bdc-NH2）6;bdc-NH2 = 2-氨基-1,4-苯二羧酸盐） （UiO‐Universitetet i Oslo） 通过酰胺键共价连接到羧酸盐官能化石墨烯（石墨烯酸 = GA）的基平面。所得的 GA@UiO-66-NH2 杂化物显示出较大的比表面积、多级孔和互连的导电网络。电化学表征表明，杂化 GA@UiO-66-NH2 是一种有效的电荷存储材料，电容高达 651 F g-1，明显高于传统的石墨烯基材料。结果表明，酰胺键在π共轭结构的形成中起关键作用，这促进了电荷转移，从而提供了良好的电容和循环稳定性。此外，为了实现实际可行性，构建了一种使用 GA@UiO-66-NH2 正极的非对称超级电容器，其中 Ti3C2TX MXene 作为相对电极。该电池能够提供高达 16 kW kg-1 的功率密度和高达 73 Wh kg-1 的能量密度，可与铅酸电池和镍氢电池等几种商用设备相媲美。在中等负载水平下，该器件在 10 000 次循环后仍保持了 88% 的初始电容。
京公网安备 11010802027423号