储能系统的小型化在推进便携式能源设备和柔性电子领域发挥着关键作用。平面微型超级电容器(MSCs)由于其独特的尺寸优势、高功率密度和长循环稳定性，已成为下一代可再生能源器件最有前途的候选之一。由于器件在有限体积空间内难以负载较厚的活性材料层，导致MSCs器件整体能量密度较低，这也是其至今难以大规模应用的主要原因。最近的研究致力于新型纳米活性材料的探索，利用纳米尺度下开放的孔径和独特的电子结构为电化学反应提供优异的传质通道和活性位点。石墨烯量子点（GQDs）具有丰富的边缘面积，独特的“边缘效应”会影响固—液界面相平衡状态。这种边缘结构具有高于平面数倍的电荷储存能力，边缘增强型电场能促进电子迁移，赋予材料更多的氧化还原活性位点。目前，GQDs大多作为额外的添加物与多种活性材料复合用于提升储能器件的电容性能，此类研究对于含氧官能团（羟基、羧基）修饰型石墨烯量子点的“边缘效应“对电化学储能的机理作用仍未得到探索。

图1 (1) CA热解生成GQDs溶液。虚线框表示热解的具体过程。(2)水热法在预处理的GP上沉积GQDs。(3)光纤激光加工制备叉指电极。(4)凝胶电解质包覆和PI封装形成全固态MSCs。

 图2 （a)紫外激发前后GQDs溶液的照片;左图在日光下，右图在365nm紫外线下。（b)叉指电极光学图像。c)叉指电极间隙的三维视频显微图像。（d) GP的SEM图像。（e) GP-GQDs的SEM图像。（f) GQDs的AFM图像。（g) GQDs的透射电镜图像。附图为GQDs的尺寸分布。（h) GQDs的HR-TEM。（i) GP-GQDs的SEM横截面图。

图3 (a) GP-GQDs MSCs示意图。(b)不同前驱体负载的GP-GQDs MSCs的GCD曲线和(c) CV曲线。(d) GP-GQDs-2 MSC的面电容随电流密度变化的曲线。(e)不同前驱体负载对应的GP-GQDs MSCs的Nyquist图。(f)不同扫描速率下GP-GQDs-2 MSCs电容容量的归一化贡献率。(g)在25 μA cm^-2的固定电流密度下测量的循环稳定性(插图:循环后的GCD曲线)。(h)比较不同MSCs电化学性能Ragone图。

图4 (a) GQDs结构体系的不同电子密度分布。(b)固态ZnSO₄/CMC凝胶电解质中锌离子杂化MSCs的GCD曲线和(c)面电容图。(d)固态EMIMBF₄/PVDF-HFP凝胶电解质中MSCs的GCD曲线和(e)面电容图。(f)和(g)不同类型设备的EIS测试。(h)单个、两个串联和两个并联MSCs的GCD和(f) CV图。

  总结，本文利用前驱体高温热制备了边缘具有丰富羧基和羟基的GQDs。GQDs独特的骨架排列和边缘电子积累状态导致了协同反应机制，在不降低离子传输动力学的情况下增加了器件的面积电容。全碳基具有优异的电化学性能，包括超高的面电容优异的能量密度和长周期循环性能。此外，该策略验证了边缘场强增强策略对多价金属离子和非金属离子的增强吸附作用。平面柔性器件可以任意串并联集成控制，为计时和环境监测单元提供可持续的能量输出。文章展示了石墨烯量子点独特的能质传递机理，提出了一种增强固-液界面静电吸附的新途径。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202302489