High‐Performance Supercapacitors Based on a Zwitterionic Network of Covalently Functionalized Graphene with Iron Tetraaminophthalocyanine

石墨烯 超级电容器 材料科学 表面改性 电容 电解质 共价键 化学工程 纳米技术 电极 有机化学 化学 工程类 物理化学
作者
Aristides Bakandritsos,Demetrios D. Chronopoulos,Petr Jakubec,Martin Pykal,Klára Čépe,Theodore Steriotis,Sergii Kalytchuk,Martin Petr,Radek Zbořil,Michal Otyepka
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:28 (29) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adfm.201801111
摘要

Abstract Graphene derivatives are promising candidates as electrode materials in supercapacitor cells, therefore, functionalization strategies are pursued to improve their performance. A scalable approach is reported for preparing a covalently and homogenously functionalized graphene with iron tetraaminophthalocyanine (FePc‐NH 2 ) with a high degree of functionalization. This is achieved by exploiting fluorographene's reactivity with the diethyl bromomalonate, producing graphene‐dicarboxylic acid after hydrolysis, which is conjugated with FePc‐NH 2 . The material exhibits an ultrahigh gravimetric specific capacitance of 960 F g −1 at 1 A g −1 and zero losses upon charging–discharging cycling. The energy density of 59 Wh kg −1 is eminent among supercapacitors operating in aqueous electrolytes with graphene‐based electrode materials. This is attributed to the structural and functional synergy of the covalently bound components, giving rise to a zwitterionic surface with extensive π–π stacking, but not graphene restacking, all being very beneficial for charge and ionic transport. The safety of the proposed system, owing to the benign Na 2 SO 4 aqueous electrolyte, the high capacitance, energy density, and potential of preparing the electrode material on a large‐scale and at low cost make the reported strategy very attractive for development of supercapacitors based on the covalent attachment of suitable molecules onto graphene toward high‐synergy hybrids.
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