Synthese, Struktur und überlegene Kapazität von Schwefel-Stickstoff-co-dotierten Graphen-Quantenpunkten

Zusammenfassung

Schwefel-Stickstoff-co-dotierte Graphen-Quantenpunkte (S, N-GQDs) mit hoher Kristallinität wurden durch eine Top-Down-Strategie erhalten. Die hergestellten S, N-GQDs wurden untersucht und die Ergebnisse zeigen, dass S, N-GQDs eine transversale Dimension von etwa 20 nm und eine topografische Höhe von 1–2 Graphen-Lagen aufweisen. Die Einbindung von S, N kann die Lagen der GQDs effektiv reduzieren und die Graphenschichten abtragen. Zudem zeigen die S, N-GQDs ein Absorptionsband bei 405 nm und ein einstellbares Fluoreszenzcharakteristik im Anregungs-sichtbaren Bereich. Gleichzeitig weisen die S, N-GQDs eine hohe spezifische Kapazität von 362,60 F g⁻¹ bei einer festen Scanrate von 5 mV s⁻¹ auf. Diese hohe Leistung wird der zusätzlichen hohen Pseudokapazität zugeschrieben, die durch das dotierte S, N bereitgestellt wird, und dem Dotierzustand, der als Fallenzustand wirkt, um die Ladungsspeicherkapazität zu erhöhen. Die Vorteile der hohen spezifischen Kapazität von S, N-GQDs illustrieren ihre potenziellen Aussichten in Kondensatoren.

Einleitung

Graphen-Quantenpunkte (GQDs) haben viel Aufmerksamkeit aufgrund ihrer guten Biokompatibilität, chemischen Inertheit, Photolumineszenz, Upconversion-Lumineszenz und breiten Anwendung in Bioimaging, optoelektronischen Geräten, Photokatalyse, Biosensoren, Brennstoffzellen und Schwermetallionendetektion erregt. Bislang wurden GQDs durch verschiedene synthetische Methoden einschließlich "Bottom-Up" und "Top-Down" erhalten. Die Bottom-Up-Methode umfasst die Umwandlung eines geeigneten Vorläufers in GQDs durch Pyrolyse oder Karbonisierung, schrittweise organische Synthese, Käfigöffnung von C₆₀ usw. Im Gegensatz dazu ist die "Top-Down"-Methode das Zerschneiden großer Kohlenstoffmaterialien in nanoskalige Kohlenstoffnanopartikel durch physikalische oder chemische Methoden, einschließlich Elektronenstrahllithografie, Säureabschälung, elektrochemische Oxidation, hydrothermale Synthese usw. Im Vergleich zu Bottom-Up-Methoden haben Top-Down-Routen große Vorteile einschließlich breiter Ressourcen, großer Produktion und einfacher Herstellung. Zusätzlich haben GQDs, die durch Top-Down-Ansätze hergestellt werden, typischerweise sauerstoffhaltige Funktionsgruppen an den Rändern, um ihre Lösung, Funktionalisierung und Passivierung zu fördern.

Dotierung wirkt als effektive Methode zur Regulierung der Eigenschaften von Nanomaterialien. Die n-Typ- und p-Typ-Dotierung von Halbleitern kann die elektronische Struktur des Halbleitermaterials ändern, was Änderungen in optischen und elektrischen Eigenschaften verursacht. Dotierte GQDs nutzen das Konzept der Halbleiterdotierung, was hauptsächlich die Einführung von S, N, Se und anderen Elementen in defekte GQDs aus C und O Elementen bezeichnet. Das N-Atom hat die gleiche Atomgröße wie das C-Atom und fünf Valenzelektronen. N, gebunden an C-Atom, wurde umfangreich in chemischer Dotierung von Kohlenstoffnanomaterialien angewendet. Hu et al. synthetisierten hochblau-lumineszente N-GQDs, die helle Lumineszenz und ausgezeichnete Biokompatibilität zeigten. Majumder et al. bereiteten N-GQDs/ZnO-Nanoröhren mit überlegener Photokonversionseffizienz und besseren photoelektrochemischen Eigenschaften vor. Yan et al. konstruierten neuartige N-GQDs-ZnNb₂O₆/g-C₃N₄-Katalysatoren, die eine viel höhere Wasserstoffentwicklungsrate aufwiesen. Chen et al. erhielten N-GQDs/Bi₂O₃-Katalysator für elektrochemische CO₂-Reduktion. Kürzlich haben einige Forscher erfolgreich S, N-co-dotierte GQDs hergestellt, die ausgezeichnete Leistung zeigten. Zhang et al. verwendeten eine einstufige hydrothermale Methode, um SN-GQDs mit hellerer Lumineszenz zu erhalten. Xu et al. fertigten S, N-co-dotierte GQDs mit einstellbarer Lumineszenz an, die hochselektive und empfindliche fluoreszierende Detektion von Fe³⁺ zeigten. Mondal et al. verwendeten S, N-co-dotierte GQDs als exzellenten Sensor für Nitroexplosivstoffe. Zheng et al. entwickelten SN-GQD/TiO₂-Photokatalysator, der 3,2-fache H₂O₂-Ausbeute als blankes TiO₂ zeigte. Obwohl es einige berichtete Arbeiten zu optischen und Sensoreigenschaften der schwefel-stickstoff-co-dotierten Graphen-Quantenpunkte (S, N-GQDs) gibt, wird der Einfluss von S und N Dotierung auf die spezifischen Kapazitätseigenschaften von S, N-GQDs selten untersucht.

In diesem Papier berichteten wir über eine Top-Down-hydrothermale Methode zur Synthese von S, N-co-dotierten GQDs (S, N-GQDs) mittels Graphit als C-Quelle und Thioharnstoff als S- und N-Quellen. Gleichzeitig wurde der Einfluss von Dotierungsverhältnissen auf die elektrochemischen Eigenschaften von S, N-GQDs durch Änderung des Thioharnstoffverhältnisses von 1:1 bis 1:3 untersucht.

Methoden und Experimentell

Ziele der Studie

Um den Effekt des Dotierungsverhältnisses auf die spezifische Kapazitätsleistung von S, N-GQDs zu untersuchen, wurden verschiedene Dotierungsverhältnisse S, N-GQDs durch eine einfache Top-Down-hydrothermale Methode hergestellt. Um seine spezifischen Kapazitätseigenschaften zunächst zu evaluieren, wurde die spezifische Kapazität verschiedener Dotierungsverhältnisse S, N-GQDs durch Zyklovoltammetrie gemessen.

Materialien

Graphit (99,9 %), Schwefelsäure (H₂SO₄), Salpetersäure (HNO₃), Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Natriumnitrat (NaNO₃), anhydres Ethanol (CH₃CH₂OH), Thioharnstoff (CH₄N₂S), anhydres Natriumsulfit (Na₂SO₃), Kaliumpermanganat (KMnO₄) und Natriumhydroxid (NaOH). Alle Materialien waren analytisch rein und ohne weitere Reinigung verwendet.

Herstellung von Graphitoxid

Graphitoxid wurde durch ein typisches Hummers-Verfahren erhalten. Zuerst wurden 5 g Flockengraphit mit 110 ml H₂SO₄, 2,5 g NaNO₃ und 15 g KMnO₄ gemischt und die Mischung bei 6 °C für 90 min gerührt. Dann wurde die Mischung bei 35–40 °C für 30 min weiter gerührt, um den Graphit weiter zu oxidieren. Schließlich wurden 220 ml DI-Wasser zur Lösung hinzugefügt und bei 90–100 °C für 15 min reagiert, und 30 ml H₂O₂ (30 %) wurden hinzugefügt.

Synthese von S, N-GQDs

Zuerst wurde Graphen (100 mg), erhalten durch thermische Reduktion von Graphitoxid, zu einer Mischung aus H₂SO₄ (60 ml) und HNO₃ (20 ml) hinzugefügt. Die Lösung wurde 10 h soniziert und durch Zentrifugation gewaschen, um überschüssige Säure zu entfernen. Zweitens wurde das Produkt jeweils mit 100 mg, 200 mg, 300 mg Thioharnstoff (das Massenverhältnis von Graphen zu Thioharnstoff war 1:1, 1:2 und 1:3, jeweils) in 80 ml deionisiertem Wasser dispergiert, und der pH-Wert wurde mit 0,1 mol L⁻¹ NaOH-Lösung auf 8,0 eingestellt. Die Graphenoxid-Suspension wurde in einen Autoklaven übertragen und bei 200 °C für 10 h reagiert. Zuletzt wurde die Suspension durch einen 0,22 µm Mikroporenfilter filtriert, und das Filtrat wurde 24 h in einer Dialysetüte dialysiert, um S, N-GQDs zu erhalten. Die verschiedenen Dotierungsverhältnisse wurden als S, N-GQDs-1 (1:1), S, N-GQDs-2 (1:2) und S, N-GQDs-3 (1:3) bezeichnet.

Charakterisierung

Die Morphologie von GQDs und S, N-GQDs wurde durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) (Multimode 8) und ein TEM (JEM-2100F) untersucht. Das FTIR-Spektrum wurde mit einem Nicolet iS10-Spektrometer erhalten. Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurde auf einem ESCALAB 250XI-Elektronenspektrometer erhalten. UV-Vis-Spektren wurden mit einem UV5500-Spektrophotometer analysiert. Photolumineszenz (PL)-Spektren wurden auf einem Cary Eclipse-Fluoreszenzspektrophotometer charakterisiert.

Elektrochemische Messung

Zyklovoltammetrie (CV) wurde an einer elektrochemischen Arbeitsstation (CHI650E) durchgeführt. Im Drei-Elektroden-System wurden Pt-Elektrode, Kalomelelektrode und Glaskohleelektrode jeweils als Gegenelektrode, Referenzelektrode und Arbeits elektrode verwendet. CV-Messungen wurden bei einer Scanrate von 5 bis 200 mV s⁻¹ in 2 M KOH-Lösung aufgezeichnet. Die spezifische Kapazität (C) von S, N-GQDs kann durch Gleichung (1) bewertet werden:

$$ C=\frac{\int IdV}{vm\Delta V} $$ (1)

wobei ∫IdV der von der CV-Kurve umschlossene Bereich ist, ∆V(V) das Spannungsfenster, v (mV s⁻¹) die Scanrate und m(g) die Masse der S, N-GQDs in der Arbeits elektrode.

Ergebnisse und Diskussion

Morphologieanalyse

Hochauflösende Transmissionelektronenmikroskopie (HRTEM) Bilder von S, N-GQDs und GQDs sind in Abb. 1 gezeigt. S, N-GQDs haben eine Größe von etwa 20 nm und präsentieren hohe Kristallisation mit einem Ebenenabstand von 0,34 nm, der der (002) Kristallebene von Graphen entspricht. Abb. 1b zeigt, dass die laterale Größe von GQDs etwa 10 nm beträgt, und der Gitterabstand von GQDs wird auf 0,21 nm gemessen, was der in-plane (100) Facette von Graphen angehört. Die Ergebnisse illustrieren, dass S, N-GQDs aus nanokristallinen Kernen aus graphitischen sp² C-Atomen bestehen können und die Einbindung von S, N keinen Einfluss auf die Gitterstruktur von GQDs hat.

HRTEM-Bild von a S, N-GQDs und b GQDs

Wie in Abb. 2 gezeigt, wurde die Topografie von S, N-GQDs und GQDs durch AFM untersucht. Die hergestellten S, N-GQDs und GQDs zeigen einheitliche Größenverteilung. In Abb. 2a beträgt die durchschnittliche Höhe von S, N-GQDs etwa 0,5 nm, was anzeigt, dass S, N-GQDs etwa 1–2 Graphen-Lagen haben. Abb. 2b zeigt, dass die durchschnittliche Dicke der durch hydrothermale Methode hergestellten GQDs etwa 1,5 bis 2,5 nm beträgt, was suggeriert, dass GQDs etwa 4–6 Graphen-Lagen haben. Vergleicht man die Dicke sowohl von S, N-GQDs als auch GQDs, so ist die erstere signifikant reduziert. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die Einbindung von S, N die Lagen der GQDs effektiv reduzieren und die Graphenschichten abtragen kann.

AFM-Bild von a S, N-GQDs und b GQDs

FT-IR-Analyse

Abbildung 3 zeigt die FT-IR-Spektren von S, N-GQDs und GQDs. Für S, N-GQDs (Abb. 3a) sind die Bänder bei 2060 cm⁻¹, 1402 cm⁻¹ und 1110 cm⁻¹ mit der vibrationsbedingten Absorptionsbande von C≡N, C-N und C=S verbunden. Die Absorptionspeaks bei 748 cm⁻¹ und 622 cm⁻¹ entsprechen C-S-Streckungsschwingungen. Wie aus Abb. 3b ersichtlich, haben GQDs schwächere Absorptionspeaks. Die Absorptionspeaks bei 3435 cm⁻¹, 1630 cm⁻¹ und 1400 cm⁻¹ sind die O-H-Streckungsschwingung von Wasser in der Luft, die Streckungsschwingung der C=C-Bindung in der Graphitstruktur und die Streckungsschwingung von C-H. Die FT-IR-Ergebnisse zeigen, dass S und N erfolgreich durch die hydrothermale Methode in GQDs dotiert werden können.

FTIR-Spektren von a S, N-GQDs und b GQDs

XPS-Analyse

Um die chemischen Zustände und elementaren Zusammensetzungen der hergestellten S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen und GQDs zu enthüllen, wurde XPS-Messung wie in Abb. 4 gezeigt eingesetzt. Das vollständige Scan-XPS-Spektrum von GQDs (Abb. 4a) zeigt zwei Peaks bei 534 und 285 eV, die O 1s und C 1s entsprechen. Zusätzliche Peaks von 398 und 163 eV erschienen im Vollspektrum von S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen und werden N 1s und S 2p zugeschrieben. Das hochauflösende N 1s XPS-Spektrum von S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen (Abb. 4b) zeigt drei Peaks um 398,10 eV, 400,20 eV und 405,20 eV, die pyrrolischem N (C-N-C) oder pyridinischem N, graphitischem N und oxidiertem N zugeschrieben werden. Abb. 4c zeigt das hochauflösende S 2p XPS-Spektrum von S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen und Peaks bei 162,4 eV, 163,6 eV, 168,6 eV und 170,2 eV, entsprechend S 2p₃/₂, S 2p₁/₂, S=O und S 2p₃/₂. Wie bekannt, sind S und N Dotierung vorteilhaft für die Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften von Materialien. Da die S- und N-Atome in die Graphenschicht eingebaut werden, werden die Kohlenstoffatome in der Ebene ersetzt und mehr Elektronen dem π-konjugierten System des Graphens zugeführt, wodurch die Leitfähigkeit der Proben verbessert wird. Zusätzlich kann das Vorhandensein von S- und N-Atomen in der Graphenstruktur eine elektrochemisch aktive Stelle und Pseudokapazitätseffekte bereitstellen, um die kapazitiven Eigenschaften des Materials zu verbessern. Diese Ergebnisse bestätigen, dass Schwefel und Stickstoff erfolgreich in das Gerüst von GQDs dotiert wurden, was mit dem in FT-IR gezeigten Ergebnis konsistent ist.

XPS-Spektren der hergestellten Proben: a Überblicksspektren, b und c hochauflösend N 1s und S 2p. (I) GQDs, (II) S, N-GQDs-1, (III) S, N-GQDs-2, und (IV) S, N-GQDs-3

UV-Vis-Analyse

Abbildung 5 zeigt die UV-Vis-Spektren von GQDs und S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen. In Abb. 5a kann der Absorptionspeak bei 260 nm und 305 nm der π-π*-Übergang von C=C und der n-π*-Übergang der C=O-Bindung zugeschrieben werden. Abb. 5b–d zeigen die UV-Vis-Spektren von S, N-GQDs-1, S, N-GQDs-2 und S, N-GQDs-3. Im Vergleich zur π-π*-Übergangsabsorptionspeak-Position von C=C in GQDs zeigen S, N-GQDs ein offensichtliches "Rotverschiebung"-Phänomen. Zudem haben S, N-GQDs charakteristische Peaks um 405 nm, entsprechend dem n-π*-Übergang des konjugierten C=N, was auf die Änderung des Oberflächenzustands von GQDs durch Einbindung von N zurückzuführen sein kann. Es gibt keine S-bezogenen Peaks um 550 und 595 nm, da die Elektronegativität von S und C so nah ist, dass der Unterschied zwischen den beiden Energieniveaus vernachlässigbar ist. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Dotierung von S und N die Absorption von sichtbarem Licht durch GQDs effektiv verbessern kann.

UV-Vis-Spektren von a GQDs, b S, N-GQDs-1, c S, N-GQDs-2, und d S, N-GQDs-3

PL-Analyse

Die Photolumineszenz (PL)-Spektren von GQDs und S, N-GQDs-Lösungen unter verschiedenen Anregungswellenlängen sind in Abb. 6a–d gezeigt. Die Spektren zeigen, dass mit zunehmender Anregungswellenlänge von 300 bis 400 nm die PL-Intensität von GQDs und S, N-GQDs sowohl zuerst zunimmt als dann abnimmt. Bei der Anregungswellenlänge von 320 nm erreicht die PL-Intensität der GQDs ein Maximum, und der PL-Peak liegt bei 430 nm, entsprechend dem π* → n Übergang der Carbonyl- oder Carboxylgruppe. Zudem verschieben sich mit zunehmender Anregungswellenlänge von 300 bis 400 nm die Positionen der PL-Spektralemissionspeaks von S, N-GQDs allmählich rot, was anzeigt, dass die hydrothermal synthetisierten dotierten GQDs anregungswellenlängenabhängige Fluoreszenzeigenschaften aufweisen. Es wurde festgestellt, dass S, N-GQDs Photoemission in Abhängigkeit von der Anregungswellenlänge aufgrund von Änderungen in Partikelgrößenverteilung und Verunreinigungszuständen zeigen. Die Größenänderung von S, N-GQDs erzeugt diskrete sp²-bezogene lokalisierte Zustände an den LUMO- und HOMO-Niveaus. Der elektronische Übergang von diesen lokalisierten Zuständen ist für die Rotverschiebung der PL-Emissionspeak-Position verantwortlich. Andererseits können verschiedene Funktionsgruppen an den Rändern der S, N-GQDs wie Sauerstoff- und Stickstoffatome oder S=O einen Fallenzustand zwischen den LUMO- und HOMO-Niveaus erzeugen, der auch anregungswellenlängenabhängige Photoemission aufweist. Die PL-Spektren von GQDs und S, N-GQDs bei 320 nm Anregungswellenlänge sind in Abb. 6e gezeigt. Im Vergleich zu undotierten Proben zeigen die schwefel- und stickstoffdotierten Proben signifikante Verschiebungen der Peakposition bei Anregung bei 320 nm, was auf die starke Elektronenaffinität von S und N in S, N-GQDs zurückgeführt werden kann. Abb. 6f zeigt einen Vergleich der PL-Intensität für GQDs und S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen bei 320 nm Anregung. Das Ergebnis zeigt, dass S, N-GQDs-1 die beste PL-Intensität aufweist.

PL-Spektren von a GQDs, b S, N-GQDs-1, c S, N-GQDs-2, und d S, N-GQDs-3 unter verschiedenen Anregungslichtern; e PL-Spektren von GQDs und verschiedenen Dotierungsverhältnissen S, N-GQDs bei 320 nm Anregung; f der Trend der PL-Intensitätsvariation von GQDs und verschiedenen Dotierungsverhältnissen S und N-GQDs bei 320 nm Anregung

Spezifische Kapazitätsleistungsanalyse

Die spezifische Kapazität von S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen wurde durch Zyklovoltammetrie (CV) evaluiert. Abb. 7a präsentiert eine annähernd rechteckige Form der CV-Kurven bei der Scanrate von 50 mV s⁻¹, was ein bemerkenswert kapazitives Verhalten anzeigt. Bemerkenswert ist, dass das Merkmal der Kurven fast symmetrisch ohne offensichtliche Redox-Peaks ist, was ein typisches Merkmal von hoch-unvermeidlicher elektrischer Doppelschichtkapazität (EDLC) Verhalten anzeigt. Die CV-Kurven der S, N-GQDs-1, S, N-GQDs-2, S, N-GQDs-3 und GQDs mit verschiedenen Scanraten (5–200 mV s⁻¹) sind in Abb. 7b–e gezeigt, was schnelle Spannungsinversionsstromantwort und niedrigen Ionenübertragungswiderstand in der Elektrode anzeigt.

CV-Kurven von S, N-GQDs mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen bei einer Scanrate von 50 mV/s (a). CV-Kurven von S, N-GQDs-1 (b), S, N-GQDs-2 (c), S, N-GQDs-3 (d) und GQDs (e) bei verschiedenen Scanraten von 5, 10, 20, 50, 100 und 200 mV/s. f Spezifische Kapazitätswerte von S, N-GQDs-1, S, N-GQDs-2, S, N-GQDs-3 und GQDs bei verschiedenen Scanraten von 5, 10, 20, 50, 100 und 200 mV s⁻¹

Die spezifischen Kapazitätswerte der Proben mit verschiedenen Scanraten, berechnet nach Gleichung (1), sind in Tabelle 1 gezeigt. S, N-GQDs haben einen größeren Bereich als GQDs, was einen größeren spezifischen Kapazitätswert anzeigt, was auf die zusätzliche hohe Pseudokapazität zurückzuführen ist, die durch das dotierte S, N bereitgestellt wird, und der Dotierzustand, der als Fallenzustand wirkt, hilft, die Ladungsspeicherkapazität zu erhöhen. S, N-GQDs-1 zeigt exzellentes kapazitives Verhalten mit einer spezifischen Kapazität von 362,60 F g⁻¹ bei einer festen Scanrate von 5 mV s⁻¹. Allerdings zeigen S, N-GQDs-2, S, N-GQDs-3 mit höheren S, N-Gehalten niedrigere spezifische Kapazitätswerte, da höherer S, N-Gehalt zu mehr Sauerstoffvacanzen führt. Diese Sauerstoffvacanzen füllen den Verunreinigungszustand, wodurch das spezifische Kapazitätsverhalten unterdrückt wird. Daher ist S, N-GQDs-1 besser für Anwendungen in Energiespeichergeräten geeignet. Zusätzlich sind die spezifischen Kapazitätswerte der hergestellten S, N-GQDs und berichteten graphenbasierten Materialien oder anderer Nanomaterialien in Tabelle 2 aufgelistet. Offensichtlich zeigen S, N-GQDs überlegene Leistung im Vergleich zu anderen Materialien. Abb. 7f zeigt einen Vergleich der Kapazitätswerte, wenn die Scanrate von 5 auf 200 mV s⁻¹ geändert wird. Für S, N-GQDs und GQDs bei niedrigerer Scanrate können höhere spezifische Kapazität und niedrigere Stromdichte auf den internen Widerstand der Elektrode zurückgeführt werden. Mit zunehmender Scanrate sind die Ionen auf die äußere Oberfläche der Elektrode beschränkt, was zu einer Abnahme der spezifischen Kapazität führt. Die niedrigere Stromdichte bewirkt, dass Ionen in die interne Struktur des Elektrodenmaterials eindringen, was das kapazitive Verhalten erleichtert. Während die Scanrate abnimmt, fördert die niedrigere Stromdichte das Eindringen der Ionen in die interne Struktur der Elektrode, was das kapazitive Verhalten erleichtert.

Fazit

Zusammenfassend wurde eine Top-Down-hydrothermale Methode verwendet, um S, N-GQDs zu synthetisieren. Die erhaltenen S, N-GQDs präsentieren etwa 1–2 Lagen Graphen und gut definierte Gitterstreifen mit Schichtabstand von 0,34 nm, zugeschrieben der (002) Kristallebene von Graphen. Außerdem präsentiert die Einbindung von S, N einen Absorptionspeak von S, N-GQDs um 405 nm und zeigt ein einstellbares Fluoreszenzcharakteristik im Anregungs-sichtbaren Bereich. Gleichzeitig präsentieren S, N-GQDs bemerkenswerte kapazitive Leistungen aufgrund der zusätzlichen hohen Pseudokapazität, die durch das dotierte S, N bereitgestellt wird, und der Dotierzustand, der als Fallenzustand wirkt, um die Ladungsspeicherkapazität zu erhöhen. S, N-GQDs-1 zeigen exzellentes kapazitives Verhalten und die spezifische Kapazität beträgt 362,60 F g⁻¹ bei einer festen Scanrate von 5 mV s⁻¹. Die idealen EDLC-Charakteristiken von S, N-GQDs bestätigen ihre neue Richtung für Anwendungen in Energiespeichergeräten.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Abkürzungen

AFM:

Rasterkraftmikroskop

CV:

Zyklovoltammetrie

EDLC:

Elektrische Doppelschichtkapazität

FT-IR:

Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie

HRTEM:

Hochauflösende Transmissionelektronenmikroskopie

PL:

Photolumineszenz

S, N-GQDs:

Schwefel, Stickstoff co-dotierte Graphen-Quantenpunkte

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie