自堆叠的还原氧化石墨烯纳米片通过一步电化学沉积包裹钴镍氢氧化物用于制备柔性电致变色超级电容器

2929物联网(Internet of Things, IoT)的兴起要求各种可穿戴设备的发展,这些可穿戴设备必须具备无线连接和相互通讯的特征。近几年智能电子设备对我们的日常生活产生了巨大影响(例如智能手机,智能手表以及眼镜),可以预见在未来几年将会有更多的创新和连接技术被推出。目前绝大多数的智能电子设备是由能量储存设备(例如超级电容器,电池等等)来供电,但是随着智能电子设备系统的日益复杂和应用范围的不断增加,储能设备被要求具备一定的功能性,例如柔韧性和光学功能,这些是现有技术所不具备的。

为了满足以上要求,最近德国伊尔姆瑙工业大学(Technical University of Ilmenau)微电子及纳米技术研究所(Institute of Micro- and Nanotechnology)和物理所(Institue of Physics)雷勇教授课题组和中国科学技术大学化学与材料科学学院俞书宏教授课题组合作,设计了一种智能能量存储器件。该器件基于构筑在柔性基底上的智能响应材料—还原石墨烯氧化物(rGO)上电化学沉积钴镍氢氧化物—同时具有电致变色和电容器性能的柔性器件。研究人员利用一步电化学沉积法来还原石墨烯氧化物(GO)并在所获得的rGO上沉积无定型Co(1-x)Ni­x(OH)2,最终rGO纳米薄片被金属氢氧化物均匀包覆并且垂直堆叠。由于整个过程不涉及高温,聚合物基底也可被同时作为基底支撑材料。所获得的自堆叠rGO-Co(1-x)Ni­x(OH)2纳米薄片材料显示出赝电容存储行为,具有优异的倍率性能,高库伦效率以及无扩散限制行为,并且共沉积钴镍氢氧化物可调制Ni(OH)2的电化学行为。所获得的器件具有较高比容量,在以1Ag-1倍率下可达到1359 F g-1, 在100Ag-1倍率下仍可保留1075 F g-1。最重要的是,此器件同时具备电致变色性能,颜色可以在漂白色和透明间切换。与以往的同类双功能器件比较,该器件拥有更高的质量比容量,面积比容量和长程循环性。因此,基于rGO-Co(1-x)Ni­x(OH)2纳米薄片材料在改进智能电子设备和多功能器件方面(同时具有能量存储和电致变色的柔性器件)显示出极大的潜力。相应工作发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201501037)上。