1月18日，《納米能源》（Nano Energy，影響因子10.325）正式接收了化學(xué)與化工學(xué)院青年王帥教授團(tuán)隊(duì)的文章《基于金通過(guò)?級(jí)孔道對(duì)α型二氧化錳摻雜的超高儲(chǔ)能三維電極》（《Ultrahigh Capacitive Performance of Three-Dimensional Electrode Nanomaterials Based on α-MnO2 Nanocrystallines Induced by Doping Au through ?-Scale Channels》）。
王帥教授團(tuán)隊(duì)近期在國(guó)際材料化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊發(fā)表多篇高水平文章，在高質(zhì)量大面積單層石墨烯制備及柔性器件領(lǐng)域取得最新研究成果。先后在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，影響因子17.493）發(fā)表兩篇高水平論文，《氧化性刻蝕輔助法生長(zhǎng)厘米級(jí)單晶石墨烯》（《Oxidative Etching Assisted Synthesis of Centimeter-sized Single Crystalline Graphene》 Adv. Mater., 2016, DOI:），《有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管用的高遷移率DPP共聚高分子》(《High-Mobility Diketopyrrolopyrrole-Based π-Conjugated Copolymers for Organic Thin-Film Transistors》Adv. Mater. 2015, 27, 3589-3606）；在《ACS納米》（影響因子12.881）發(fā)表論文《生長(zhǎng)石墨烯中晶界的動(dòng)力學(xué)形成規(guī)則》（《Governing Rule for Dynamic Formation of Grain Boundaries in Grown Graphene》ACS Nano, 2015, 9, 5792-5798）；在《納米快報(bào)》（影響因子13.592）發(fā)表論文《基于氮摻雜碳納米管/金摻雜二氧化錳的超快全固態(tài)薄膜超級(jí)電容器》（《Solid-State Thin-Film Supercapacitors with Ultrafast Charge/Discharge Based on N-Doped-Carbon-Tubes/Au-Nanoparticles-Doped-MnO2 Nanocomposites》Nano Lett., 2015, DOI:10.1021/acs.nanolett.5b02489）。
用化學(xué)氣相沉積法制備高質(zhì)量石墨烯薄膜，是實(shí)現(xiàn)其高遷移率和導(dǎo)電性能，在光電子器件領(lǐng)域中應(yīng)用的前提。目前，制備的主要問(wèn)題集中于降低成核密度，提高石墨烯單晶晶粒尺寸，減少石墨烯晶界的形成，保證石墨烯較高的電學(xué)傳輸性能。已報(bào)道的降低成核密度的方法均不適用于規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)，王帥教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)氧化性刻蝕輔助法，在無(wú)需任何復(fù)雜前處理工藝的條件下，成功實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)單晶石墨烯的制備。通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)氣氛中微量的氧化性雜質(zhì)（水蒸氣，氧氣）控制石墨烯的成核密度和生長(zhǎng)速率。團(tuán)隊(duì)通過(guò)改進(jìn)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，在氣路中加入干燥裝置以除去大多數(shù)水蒸氣雜質(zhì)，通過(guò)調(diào)控氧氣濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯成核點(diǎn)和生長(zhǎng)速率的精確調(diào)控。
此外，通過(guò)對(duì)聚合物主鏈及側(cè)鏈的修飾、以及金屬和非金屬對(duì)碳管進(jìn)行摻雜，提高材料的光物理性質(zhì)、分子堆積及其器件性能，開(kāi)發(fā)出了大面積、全柔韌性、高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件和超級(jí)電容器。如在碳布基底上組裝氮摻雜碳管/金摻雜二氧化錳的三維中空納米復(fù)合電極，并以此電極分別組裝成對(duì)稱和非對(duì)稱（多孔三氧化二鐵納米柱作為負(fù)極）的全固態(tài)薄膜超級(jí)電容器，充分利用納米材料的多方面優(yōu)勢(shì)加速電子在活性材料中的傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的快速充電。
課題組呂其英博士另辟蹊徑，采用電沉積方法在氧化鋅納米柱上生長(zhǎng)金摻雜α-型二氧化錳納米復(fù)合膜，首次解決了α-型二氧化錳導(dǎo)電性差的缺點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)α-型二氧化錳在超級(jí)電容器中應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)方向。該研究工作是采用電沉積方法在氧化鋅納米柱上生長(zhǎng)金摻雜α-二氧化錳納米復(fù)合膜，得到電化學(xué)性能優(yōu)異的三維納米復(fù)合材料，通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法能使金原子巧妙地?fù)诫s進(jìn)入α-二氧化錳的晶格，從本質(zhì)上提高了α-型二氧化錳的導(dǎo)電性。該方法簡(jiǎn)單易控，可操作性強(qiáng)，且可以推廣到更為廣泛的儲(chǔ)能研究領(lǐng)域，比如鋰離子電池、燃料電池等。
據(jù)了解，該研究團(tuán)隊(duì)的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部、湖北省科技廳和學(xué)校的支持。目前團(tuán)隊(duì)正通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化電極材料，更大程度地提高超級(jí)電容器的能量密度和超快充電能力，探索其在能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用。
