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

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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:50
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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