高比表面积、良好的导电性和高机械强度对于用作高性能超级电容器电极材料的碳纤维织物（CNFs）来说至关重要。然而，达到这些要求依然是一个巨大的挑战，因为坚固、连续的导电网络结构和发达的多孔结构之间存在“此消彼长”的联系。在本文中，我们开发了一种简单的策略，通过添加石墨烯量子点（GQDs），将这些性质整合在静电纺丝碳纤维织物中。被织物均匀包裹的的石墨烯量子点在构筑整个增强相和导电网络结构的过程中起到了重要的“双功能”作用。与纯的碳纤维织物相比，这种石墨烯量子点增强和活化过的碳纤维织物展现出了大大提高的比表面积（从140 m² g^-1 提升至 2032 m² g^-1），且导电性和机械强度分别提高了5.5倍和2.5倍。这种强力增强作用的机制被深度地研究。作为自支撑的超级电容器电极，这种织物在1 A g^-1的电流密度下具有335 F g^-1的电容，并且在100 A g^-1和100 A g^-1的电流密度下分别表现出77%和45%的容量保留。重要的是，这种织物组成的对称式装置在2.2秒内就能充入80%的容量，具有用于高功率启动设备的巨大潜力。
 
 Figure 1. 通过静电纺丝、碳化、化学活化制备高比表面积的石墨烯量子点增强的静电纺丝碳纤维织物（AGRCNF）的示意图。石墨烯量子点在增强相和导电网络的构筑中起到了双功能作用，因为它具有强交联作用和高结晶度。
 

Figure 2. (a) AGRCNF-3经过多次紧握、折叠、扭曲、拉伸后的照片，（b）AGRCNF-3（700 μm，34 mg）拉起200 g重量的照片。
 

Figure 3. CNF，GRCNF，AGRCNF-3的（a） N₂吸脱附等温线，（b）孔径分布图。（c）AGRCNF和文献报道的石墨烯纤维（GFs）、石墨烯/碳纳米管复合纤维（G/CNT）、活化过的碳纤维织物（ACFs）、静电纺丝碳纤维织物（ECNFs）之间比表面积对比图。（d）样品的拉力和导电性测试。CNF，GRCNF，和AGRCNF-3的（e）XRD谱图，（f）Raman光谱。

 
Figure 4. CNF的SEM照片(a1，b1)，HRTEM照片（c1）。GRCNF的SEM照片(a2，b2)，HRTEM照片（c2）。AGRCNF-3的SEM照片(a3，b3)，HRTEM照片（c3）。
 

Figure 5. （a）静电纺丝样品E-PAN和E-G/PAN的FT-IR谱图，（b）预氧化样品PO-PAN和PO-G/PAN的FT-IR谱图，（c）CNF和GRCNF的FT-IR谱图，（d）CNF和GRCNF的XPS总谱，（e）CNF和GRCNF的 XPS C 1s 谱中所得的各组分碳的含量图，（f）CNF和GRCNF的 XPS O 1s 谱中所得的各组分氧的含量图，（g）PAN链条的预氧化过程，（h）GQDs和PAN链条间可能的反应机理。
 

Figure 6. （a） mV s^-1扫速下的CV曲线，（b）1 A g^-1下的恒电流充放电曲线，（c）倍率性能图，（d）三电极系统中所有样品的EIS谱图。
 
 
Figure 7. 所有样品在两电极系统中的电化学性能：（a）不同扫速下的CV曲线，（b）不同电流密度下的恒电流充放电曲线，AGRCNF-3//AGRCNF-3对称式电容器的（c）电压降，（d）倍率性能，（e）Ragone曲线。CNF，GRCNF，和AGRCNF-3器件的（f）EIS谱图,（g）Bode曲线。AGRCNF-3//AGRCNF-3电容器在50 A g^-1下的循环性能。
 
      本研究于2020年由新疆大学的 Su Zhang、Dianzeng Jia和中国石油大学的Zhuangjun Fan课题组发表于ACS Applied Materials & Interfaces（预印本，DOI：10.1021/acsami.9b22408）
原文：Graphene Quantum Dot Reinforced Electrospun Carbon Nanofiber Fabrics with High Surface Area for Ultrahigh Rate Supercapacitors。