近年来，随着微型化芯片式电子设备及其集成微系统的快速发展，亟需开发与之匹配的高性能微型超级电容器。那么，寻找合适的电极材料被认为是提高微型超级电容器能量密度的关键之一。氮掺杂炭/石墨烯纳米片作为一类突出的石墨烯基二维材料，具有高的比表面积、多的活性位点、超薄的厚度、较高的赝电容、优异的导电性和良好的浸润性。同时，介孔结构的引入可以进一步增大材料的比表面积，提高材料和器件的容量和循环性能。因此，设计合成二维介孔氮掺杂炭/石墨烯（mNC/G）材料，并将其应用于微型超级电容器具有重要意义。

河南农业大学的秦洁琼教授课题组和中科院大连化学物理研究所的吴忠帅研究员课题组合作，报道了一种孔径可调的mNC/G纳米片，并将其应用于高性能的平面微型超级电容器。通过以苯胺为前驱体，氧化石墨烯为二维导向剂，二氧化硅纳米球为介孔模板，可以实现mNC/G介孔孔径的精确调控和其电化学性能的优化。研究表明，7 nm孔径的介孔氮掺杂炭/石墨烯（mNC/G-7）展现出最高的比表面积（433 m² g^-1）和比电容（267 F g^-1），且应用于准固态平面微型超级电容器表现出21.0 F cm^-3的体积比电容和1.9 mWh cm^-3的体积能量密度。该研究工作发表在《新型炭材料（中英文）》上，题目为：二维介孔氮掺杂炭/石墨烯纳米片的可控合成及其高性能微型超级电容器。

图1 2D mNC/G纳米片的合成示意图

图2 2D mNC/G的结构表征图：（a-c）mNC/G-7、mNC/G-12和mNC/G-22的TEM图，（d-f）mNC/G-7、mNC/G-12和mNC/G-22的HRTEM 图

图3 2D mNC/G 的电化学性能：（a） mNC/G-7的CV 曲线，（b）mNC/G-7的GCD 曲线，（c）mNC/G-7、mNC/G-12和mNC/G-22在1 A g⁻¹时的 GCD曲线，（d）mNC/G-7、mNC/G-12和mNC/G-22比电容随电流密度变化的曲线，（e）mNC/G-7、mNC/G-12和mNC/G-22的EIS 图，（f）mNC/G-7、mNC/G-12和mNC/G-22的循环性能

图4 mNC/G-MSCs的电化学性能：（a）微电极的俯视SEM和（b）横截面SEM图，（c）mNC/G-MSCs在5～100 mV s⁻¹下的CV曲线，（d）mNC/G-MSCs在 0.05～1 mA cm⁻²下的GCD 曲线，（e）mNC/G-MSCs比电容随扫描速率的变化曲线，（f，g）1～3个器件并联的CV和GCD 曲线，（h，i）1～3个器件串联的CV和GCD曲线

图5 mNC/G-MSCs的Ragone图：（a）mNC/G-MSCs的面积能量密度和功率密度曲线，（b）mNC/G-MSCs体积能量密度和功率密度曲线

该工作构筑的准固态平面微型超级电容器（mNC/G-MSCs）表现出高的体积能量密度 （1.9 mWh cm⁻³），优于目前报道的很多石墨烯基微型超级电容器。而且，mNC/G-MSCs还具有出色的串/并联自集成能力和电化学一致性。因此，这项工作通过二维石墨烯基介孔材料的可控制备和微型超级电容器有效构筑，对微型化芯片式电子产品的发展具有一定的参考意义。

New Carbon Materials文章信息

YANG Zhi, ZHOU Feng, ZHANG Hong-tao, QIN Jie-qiong, WU Zhong-shuai. Controllable synthesis of 2D mesoporous nitrogen-doped carbon/graphene nanosheets for high-performance micro-supercapacitors. New Carbon Mater., 2022, 37(5): 936-943.

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