这里,通过固相微波辅助(SPMA)技术制备了氮掺杂石墨烯量子点(GQD)和石墨氮化碳(g-C3N4)量子点。所制备的GQD沉积在石墨毡(GF)上并用作高性能的全钒氧化还原液流电池(VRFB)电极。该GQD含有超高的O/C原子比例(56%至61%)和N/C原子比例(34%至66%),远高于报道的其他碳基化合物(例如,氧化的活性炭,碳纳米管和氧化石墨烯)。三种类型的量子点其平均粒径约为2.8‒4.2 nm且均匀分散在GF电极上,以形成GQD/GF复合电极。通过将GQD沉积到电极结构上,其催化活性,等效电阻,耐久性和电压效率均得以改善。这将归因于GQD中同时有含氧官能团(环氧,酚和羧基)和晶格N原子的存在,进而提高润湿性和增加电化学表面积(提供富足的活性位)。
Figure 1.QD-1,QD-2,QD-3样品的HRTEM图,插图呈现了对应的晶格,右边的条形图呈现了对应的颗粒尺寸分布。
Figure 2. (a)示意图呈现了GQD/GF复合电极的制备过程,在(b)正极和(c)负极的氧还原对,其中GQDs充当活性位点。
Figure 3. QD-1,QD-2,QD-3样品处理或未处理的EIS谱图。
Figure 4. QD-1,QD-2,QD-3样品和未处理的GF电极的阻抗极化曲线。
Figure 5. (a)随着GQD/GF中C-O官能团含量增加,电流密度和等效阻抗的变化情况,(b)高度O-/N-功能化的GQDs中活性位点分布示意图。
Figure 6. (a)QD-2和(b)未处理的GF电极组装的VRFBs在100 mA cm-2电流密度时的充放电曲线,(c)电容量剩余量以及库伦效率与循环圈数的关系。
该研究工作由美国田纳西大学的Chien‐Te Hsieh课题组于2020年发表在Nanoscale期刊上。原文:Graphene Quantum Dots Decorated Carbon Electrodes for Energy Storage in Vanadium Redox Flow Batteries