东华大学朱美芳教授研究团队：高性能的石墨烯储能纤维

为此，东华大学的朱美芳教授（点击查看介绍）团队在前期的研究工作中开发了一种石墨烯溶液的非液晶纺丝方法，通过碱液调节溶液中石墨烯片层表面的带电性，使片层间产生强烈的静电排斥力，形成无序排列，规模化连续制备得到具有高电化学性能的多孔纯石墨烯纤维（NanoEnergy,2015,15,642），并取得了一系列的研究进展。该团队通过这种方法得到具有高强度、高亲水性及高电化学性能的聚乙烯醇/石墨烯杂化纤维（JournalofPowerSources,2016,319,271）。他们进一步通过多组分杂化组装将带有赝电容特性的无机纳米粒子（例如MnO2、MoO3等）作为纳米活性组分，制备得到具有高电化学性能的杂化石墨烯纤维（JournalofPowerSources,2016,306,481;Carbon,2017,113,151）。

近期，该团队在前期的工作基础上，利用纤维素纳米晶具有一维棒状刚性结构、表面富含亲水性基团的特点，将其作为纳米增强单元，通过上述纺丝方法，结合化学还原获得了多组分异质组装的rGO/CNC杂化纤维。研究发现，该策略获得的石墨烯杂化纤维具有多方面优势：第一，CNC的纳米棒状形态不仅能够与石墨烯片层形成插层结构，改善石墨烯纤维中石墨烯片层堆积严重的现象，而且还能抑制石墨烯片层在纤维成形过程中可能存在的弯曲和折叠，使其在纤维轴向上排列，从而形成有序的纳米孔道结构（如图1a所示），为电解质传输提供畅通无阻的纳米通道；第二，由于自身的刚性结构，CNC不会在石墨烯片层表面形成如同高分子链包覆的状态，在增强其性能的同时，维持石墨烯片层在纤维轴向的有效连接，保证杂化石墨烯纤维的高导电性（如图1b所示）；第三，CNC表面丰富的亲水性基团不仅能与石墨烯片层表面残留的含氧官能团（羟基、羧基、碳基等）形成强作用的氢键网络，有效增强其力学性（如图1c所示），而且其亲水性纳米单元能赋予石墨烯高亲水性（如图1d所示），有效提高纤维与电解质溶液的亲和性。

随后，他们将得到的杂化石墨烯纤维组装成超级电容器，发现其具有优异的电化学性能，同时具备优异的串并联性及柔性（如图2a-b所示），在同类超级电容器中具有相对较高的能量密度和功率密度（如图2c所示）。因此，以上研究表明，该杂化石墨烯纤维作为柔性电极材料在可穿戴电子器件，特别是柔性超级电容器领域具有广阔的应用前景。这一成果近期发表在Carbon上。