成果简介
碳基材料对于开发柔性超级电容器电极是非常需要的。然而，由于碳电极结构的局限性，包括低可及活性表面积，不合适的多孔结构，非最佳表面化学状态和低柔韧性，它们的电化学性能并不总是与柔性超级电容器中预期的相同。本文，东华大学副教授团队在《ACSAppliedElectronicMaterials》期刊发表名为“Nitrogen-DopedHierarchicalPorousCarbonFilmsDerivedfromMetal-OrganicFramwork/CottonCompositeFabricsasFree-StandingElectrodesforFlexibleSupercapacitors”的论文，研究通过通过在棉织物内部的纤维表面上原位生长ZIF-8层，提出并开发了一种新型的独立式氮掺杂多孔碳膜（NPC）电极。
用氮掺杂的纳米多孔碳颗粒层功能化棉衍生碳纤维（不蚀刻碳纤维表面），不仅可以很好地保持棉衍生碳电极的机械柔韧性和结构完整性，而且可以产生协同效应，扩大可触及性活性表面积，改善电子传输，并为电解质离子构建有效的扩散路径。以上电极结构特点使我们的电极具有出色的电化学性能，例如大电容，长循环寿命，电化学性能稳定。此方法可能为基于生物质的碳膜电极构建高性能的柔性SC铺平道路。
图文导读
图1.ZIF-8/棉复合面料及其衍生的NPC薄膜的合成示意图。
图2.SEM和TEM图像：（a–c）棉织物，（d–f）ZIF-8/棉复合织物，（g–i）CF膜，以及（j–l和插图中的（l））NPC电影。（m–o）棉织物，CF胶片和NPC胶片的照片。
图3.材料结构的表征：（（a）及其插图）XRD图，（b）拉曼光谱，（c）氮吸附等温线和（d）孔径分布曲线。
图4.NPC膜电极的XPS分析：（a）调查光谱，（b）原子百分比，（c）高分辨率C1s光谱，和（d）高分辨率N1s光谱。
图5.电化学性能的表征：（a，g和h）CV曲线，（b和c）GCD曲线，（d）比电容，（e）ESI图和（f）循环性能。
图6.（a）NPC//NPCSC的示意图。电化学性能的表征：（b和c）CV曲线，（d）GCD曲线，（e）比电容和（f）Ragone图。
图7.（a和b）NPC//NPCSC在机械弯曲条件下的CV曲线。为（c）计算器和（d）红色LED供电的NPC//NPCSC的照片。
小结
总之，通过直接碳化ZIF-8/棉复合织物来制备独立的氮掺杂碳膜电极。新策略避免了化学活化和NH3掺杂策略（包括柔韧性和结构完整性下降）的缺点。同时，由于源自ZIF-8的氮掺杂多孔碳颗粒层和源自棉织物的碳布具有显着的协同作用，因此可以显着提高可利用的活性表面积，电解质的扩散速率和表面亲水性。为设计用于柔性SC的新型碳复合电极提供了一种新颖的策略。