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      北京化工毋偉課題組:氮化硼納米片新制備方法開辟新應用
      2022年07月01日 發布 分類:技術前沿 點擊量:71
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      最近,北京化工大學毋偉課題組提出了一步制備高質量OH-BNNSs(羥基氮化硼納米片)的方法;發現了用于固態柔性超級電容器的新型復合凝膠聚合物電解質。該研究不僅為高效剝離絕緣層狀材料開辟了一條新途徑,而且還發現了一種用于固態柔性超級電容器的新型凝膠聚合物電解質。

      相關成果以“Electrochemical Preparation of Hydroxylated Boron Nitride Nanosheets for Solid?State Flexible Supercapacitors Using Deep Eutectic Solvent and Water Mixture as Electrolytes”(固體用羥基化氮化硼納米片的電化學制備?以深共晶溶劑和水混合物為電解質的柔性超級電容器)為題發表在國際期刊Langmuir上。

      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.2c01153

       

      迄今為止,六方氮化硼納米片(BNNSs)憑借其優異的機械性能、高的熱穩定性和化學穩定性、強抗氧化性和大的比表面積,已被廣泛應用于傳感器、吸附和導熱等領域。然而,它們的疏水性限制了其再親水性底物的應用。因此,功能化改性BNNSs受到越來越多研究人員的關注,尤其是羥基化修飾。OH-BNNSs的制備一般分為兩個步驟,即制備BNNSs和將-OH基團接枝在BNNSs表面。其中,-OH 基團的接枝通過在高溫氣氛或在強酸、強堿和氧化劑的溶液中處理BNNSs來實現,這通常涉及苛刻的實驗條件和危險化學品。與傳統方法相比,電化學剝離法被廣泛用于制備二維(2D)材料,具有操作簡單、產品可控性好、器件小、環保等優點。在電化學剝離過程中,層狀材料通常被用作電極,通過電解質中離子的嵌入或電極反應產生的氣體促使材料剝離。因此,OH-BNNSs等絕緣材料難以通過電化學剝離直接制備。

      目前,基于聚乙烯醇(PVA)的凝膠聚合物電解質 (GPE) 因其無毒、低成本和高成膜能力而在固態柔性超級電容器中受到廣泛關注。通常通過添加強酸、強堿或無機鹽來提高PVA基GPE的離子電導率,這使得組裝的超級電容器具有較窄的電化學窗口。為了獲得高性能的固態超級電容器,向電解質中添加合適的添加劑是一種有效的方法。


      毋偉課題組報告了用低共熔溶劑(DES,氯化膽堿-尿素)和水組成的混合物作電解質,電化學剝離制備OH-BNNSs,并將其應用于柔性固態超級電容器中。DES和水都在剝離中扮演著重要角色,其中DES可以快速插入h-BN層間,且DES和水都可產生氣體,導致材料層間膨脹。更重要的是,水可以氧化BNNSs從而實現一步制備OH-BNNSs的目的。所獲得的OH-BNNSs的平均橫向尺寸約為625nm,厚度約為6層。隨后,將OH-BNNSs和DES添加到PVA基底中,制備用于固態柔性超級電容器的復合凝膠聚合物電解質(PVA/DES/OH-BNNSs GPEs)。OH-BNNSs可以有效縮短離子傳輸距離,提高離子電導率。此外,它們優異的機械性能可以防止電解質結構在重復使用過程中發生坍塌。同時,DES的引入能夠提高離子電導率并拓寬超級電容器的工作電壓窗口。結果表面,由活性炭電極和PVA/DES/OH-BNNSs GPE組成的固態柔性超級電容器表現出寬的電壓窗口(2.3 V)、高的比電容(151.22 F g-1)和出色的循環穩定性(98%)。

      該研究成果表明采用電化學剝離法制備高質量OH-BNNSs是可行的,為絕緣層狀材料的高效剝離提供了新思路。具有PVA/DES/OH-BNNSs GPE的超級電容器表現出高的比電容,良好的循環壽命和柔韌性。結果表明OH-BNNSs和DES在柔性固態超級電容器中具有良好的應用前景。


      粉體圈 整理

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