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SCOPUS
Rational hybrid modulation of P, N dual-doped holey graphene for high-performance supercapacitors
저자
Nazarian-Samani, Masoud ; Haghighat-Shishavan, Safa ; Nazarian-Samani, Mahboobeh ; Kim, Myeong-Seong ; Cho, Byung-Won ; Oh, Si-Hyoung ; Kashani-Bozorg, Seyed Farshid ; Kim, Kwang-Bum
발행기관
학술지명
권호사항
-
발행연도
2017
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
286-296(11쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>A P, N dual-doped holey graphene (PNHG) material is prepared by a scalable, facile synthetic approach, using a mixture of glucose, dicyandiamide (DCDA), and phosphoric acid (H<SUB>3</SUB>PO<SUB>4</SUB>). H<SUB>3</SUB>PO<SUB>4</SUB> successfully functions as an “acid catalyst” to encourage the uniform breakage of C=C bonds to create large, localized perforations over the graphene monolith. Further acid treatment and annealing introduce in-plane holes. The correlation between the capacitance of the PNHG and its structural parameters during the fabrication process is comprehensively evaluated. A thermally induced sp<SUP>2</SUP>→sp<SUP>3</SUP> transformation occurs at high temperatures because of the substantial loss of graphitic sp<SUP>2</SUP>-type carbons, together with a dramatic reduction in capacitance. The target PNHG-400 electrode material delivers exceptionally high gravimetric capacitance (235.5 F g<SUP>−1</SUP> at 0.5 A g<SUP>−1</SUP>), remarkable rate capability (84.8% at 70 A g<SUP>−1</SUP>), superior capacitance retention (93.2 and 92.7% at 10 and 50 A g<SUP>−1</SUP> over 25000 cycles, respectively), and acceptable volumetric capacitance due to moderate density, when it is used with organic electrolytes in the voltage range between 0 and 3 V. These results suggest a pioneering defect-engineered strategy to fabricate dual-doped holey graphene with valuable structural properties for high-performance electric double layer supercapacitors, which could be used in next-generation energy storage applications.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Rationally designed P, N dual-doped holey graphene as an electrode in supercapacitors. </LI> <LI> Importance of synergistic ion transport with a high content of C=C bonds. </LI> <LI> Occurrence of sp<SUP>2</SUP>→sp<SUP>3</SUP> transition in graphene structure at temperatures higher than 400 °C. </LI> <LI> High capacitance, excellent rate capability and cyclic stability of the target PNHG-400. </LI> <LI> Novel approach to develop future supercapacitors with high energy and power densities. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>Fabrication of well-designed defect-laden holey graphene counterparts for energy-related applications using a simple, up-scalable and cost-effective strategy.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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