石墨烯氮掺杂调控及对电容特性影响机制研究进展

石墨烯是一种有着多种优异性能的材料,但其表面活性位点少导致在储能等方面应用受限,对石墨烯进行氮原子掺杂是改善其性能的有效途径。石墨烯氮掺杂的方法大体上可以分成两类:一是利用小分子或气体作为氮源和碳源直接合成氮石墨烯的原位氮掺杂,常见方法有化学气相沉积法、溶剂热法、电弧放电法等;二是以石墨烯或氧化石墨烯为原料来进行氮原子引入的后处理氮掺杂,常见方法有热处理法、化学处理法、等离子体处理法等。氮原子以不同的构型进入石墨烯晶格,使得氮掺杂石墨烯具有不同的物理化学性能。作为超级电容器电极材料是氮掺杂石墨烯的一个重要应用,但掺杂氮原子对促进石墨烯电容性能提高的机制仍没有统一的科学结论。本文简要介绍了各种石墨烯氮掺杂方法的特点,重点综述了不同构型氮原子掺杂调控方法的研究进展,梳理了反应温度、前驱体结构、反应能量、氮掺杂量等因素对于生成吡咯型、吡啶型和石墨型等各种不同构型掺杂氮的影响,同时也综述了吡咯型、吡啶型和石墨型三类掺杂氮对石墨烯电容特性影响机制的一些主要观点,并对未来氮掺杂石墨烯的研究方向进行了展望。