在等离子剥离过程中使用不同的离子将石墨烯堆栈结构从片状调整为洋葱状，并具有超级电容器应用

介绍

随着化石燃料的迅速枯竭和对其使用的争议不断增加，能源存储和转换设备的发展——包括电池 [1, 2] 和超级电容器 [3, 4]——对全球社区来说变得越来越必要。由于出色的功率密度和循环寿命，超级电容器已被广泛研究。它们可以根据电荷存储机制分为两种类型——伪电容器和双电层电容器 (EDLC)。在赝电容器中，电荷存储取决于可逆法拉第反应，为此，电极通常由过渡金属氧化物和导电聚合物制成。对于 EDLC，电能通过离子吸附和解吸过程存储，使用典型的电极材料（例如，多孔碳材料）。近年来，包括石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMDC）在内的二维（2D）材料因其优异的物理和化学性质而引起了广泛关注。 MX2 类型的 TMDC，其中 M 是过渡金属原子（例如 Mo、W）和 X 是硫属元素原子（S、Se 或 Te），具有夹心结构并具有足够的理论电容和催化活性 [5,6,7]。石墨烯是一种具有蜂窝状晶格的二维单层碳材料，也因其非凡的导电性 [8, 9] 和导热性 [10]、弹性 [11, 12]、透明度 [13,14,15] 而备受关注]，比表面积[16]。

两种形式的石墨烯很常见：薄膜和粉末。机械剥离 [17] 和外延 [18, 19] 以及化学气相沉积 [20,21,22,23] 可用于生产高质量的石墨烯薄膜——具有柔韧性和高透明度——可应用于电子设备，但由于需要必要的生产设备和前体，因此需要高成本和仔细控制。粉状石墨烯因其更大规模的生产、优异的稳定性、大的比表面积以及对电荷存储应用（例如电容器 [24]、锂离子电池 [25、26]）的高度适用性而得到更广泛的应用。许多方法——包括球磨、电弧放电、溶液等离子体和电化学剥离——已被报道用于生产粉状石墨烯材料。球磨和电弧放电方法涉及物理剥离，可用于工业规模生产 [27, 28]；然而，昂贵的设备和真空条件是必不可少的，导致成本更高。溶液等离子体和电化学剥离方法都可以使用简单的设置和容易获得的电解质从石墨电极生成石墨烯片 [29, 30]。尽管溶液等离子体剥离需要非常接近的阳极和阴极之间的高电压 (> 1000 V)，因此需要格外小心，电化学剥离可以在相对较低的施加电压 (<20 V) 下进行，但会在产品中引入更高的氧化水平，由于电解过程中的阳极剥落。此外，层状石墨烯的重新聚集，通过强的π-堆叠相互作用，会削弱其性能。

已经开发了几种方法来提高活性材料的性能，包括用于储能装置的复合方法 [31,32,33]、单原子限制的二维材料和催化表面调节 [34, 35]、光伏中的异质结构 [ 36]，以及进一步技术应用的结构工程 [37]。这些方法都会导致异质材料的协同效应，异质结提供更容易接近的活性位点，以及改性材料的更大表面积。对于石墨烯材料，牺牲模板方法和气​​凝胶制造是用于克服分层重新聚集问题的最常用方法。牺牲模板方法通常使用氧化石墨烯和聚合物微球的水溶液，经过高温还原，通常会产生高比表面积的石墨烯材料 [38, 39]；然而，混合均匀度必须根据表面电荷的性质来控制，这种方法非常耗时。石墨烯气凝胶可以在低温 [40,41,42] 或环境条件 [43] 下合成，以提供出色的比表面积；然而，冷冻凝胶化和溶剂升华非常耗时，并且需要有毒溶剂来保持气凝胶的多孔结构。因此，仍有机会开发一种易于设置、廉价、一步且高效的方法，用于在环境条件下不使用危险化学品生产高比表面积的粉状石墨烯。

在这里，我们报告了一种简便的方法，通过在环境条件下电化学阴极等离子体剥离过程中使用各种电解质来调节所生产的石墨烯纳米片结构 (GNS) 的形态。在短时间内，我们可以生产出具有高比表面积的 GNS。我们提出了阴极等离子体剥离的机制，并讨论了 GNS 作为电极材料时的形态、结构和超级电容性能。

方法

材料

氢氧化钠和硫酸购自 Sigma-Aldrich。石墨棒（φ 7 mm；长 70 mm）和石墨（99.5%）购自 Toyo Tanso（台湾）。铂板（长200 mm；宽30 mm；厚0.7 mm）购自广益电子（台湾）。 GNS样品通过以下程序制备：在剥离过程中分别使用石墨棒和铂板作为阴极和阳极；它们分别浸入电解液下 10-20 和 60-120 mm 的深度。使用 2 M H2SO4 和 4 M NaOH 水溶液作为电解质。一旦电源（LinVac Tech，台湾）施加 60 V 的电位，石墨电极就被阴极等离子体覆盖，GNS 立即剥离到电解质中。使用尼龙过滤器（Millipore；孔径 0.2 μm）真空过滤后，将制备的样品洗涤并在 70 °C 下干燥 3 小时。将 GNS 以 0.3 mg mL ⁻¹ 的浓度分散在乙醇中后 ，将分散体离心（2000 rpm，30 分钟）以去除任何未剥落的石墨薄片。对上清液进行进一步表征。使用 H2SO4 和 NaOH 获得的 GNS 在本文中表示为 GNS_H ⁺ 和 GNS_Na ⁺ , 分别。

特征化

使用冷场发射扫描电子显微镜（SU-8010，Hitachi）研究 GNS 样品的微观结构。使用球差校正扫描透射电子显微镜（ARM200F，JEOL）获得透射电子显微镜（TEM）、高分辨率TEM（HRTEM）和快速傅立叶变换（FFT）图像。 HRTEM 进一步用于确定 GNS 样品的厚度分布。使用具有 He/Ne 激光源（激光激发波长 632.8 nm）的拉曼光谱仪（HORIBA，LabRAM HR）获得用于确定 GNS 样品中缺陷的拉曼光谱；使用 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 方法（ASAP 2020，Micromeritics）记录 N2 气体吸附/解吸等温线。使用 Barret-Joyer-Halenda (BJH) 模型和等温线的解吸分支确定孔径分布。 X 射线光电子能谱（XPS；ULVAC，PHI Quantera SXM）和铝 X 射线源（1200 eV）用于分析所生产的 GNS 的表面组成。 D2 X 射线衍射仪 (Bruker)，配备 Cu Kα 管和 Ni 滤光片 (λ =0.1542 nm)，用于石墨和生成的 GNS 的结构分析。

电化学测量

石墨的电化学性能，GNS_H ⁺ , 和 GNS_Na ⁺ 在 1 M NaCl 中，使用 Zahner Zennium 电化学工作站在三电极模式下测定，包括标准甘汞电极作为参比电极和铂箔作为对电极。测试在 - 0.4 至 + 0.6 V 的电位范围内进行。每个电极通过将 90 wt% 的样品和 10 wt% 的聚（偏二氟乙烯）与 N 混合制备 -甲基吡咯烷酮 (NMP)，然后将浆料涂在石墨纸上并在 80 °C 下干燥过夜。比电容 (C , F g ⁻¹ ) 可以使用以下公式从循环伏安法 (CV) 曲线计算：

其中 v 是扫描速率 (mV s ⁻¹ ), Δm 是活性材料的质量，∆V 表示电位窗口，Idv 是 CV 曲线（Q）下的面积。还使用 5 mV 的交流电压幅度进行电化学阻抗谱 (EIS)；数据采集​​频率范围为100 mHz至100 kHz。

结果与讨论

图 1 显示了阴极等离子体剥离装置的示意图和数字图像，以及剥离过程的示意图以及使用 NaOH 和 H2SO4 电解质获得的生产材料。石墨棒用作阴极，而铂板用作阳极。与传统的电化学剥离 [44, 45] 相比，这里与阴极和阳极之间的电解质接触的表面积之比相当小 (1:10)，因此可以在浸没时产生更高的电流密度。阴极的一部分 [46, 47]。由于较高的电流密度引起的快速热量积累，阴极处的水汽化最初主导了正常电解产生的 H2 气体。当电压差达到 60 V 时，石墨的浸入部分迅速被稳定而薄的气体鞘覆盖，伴随着等离子体，导致石墨烯片立即剥离 [47, 48]。由于电解质中的阳离子和水，分别使用 NaOH 和 H2SO4 水溶液电解质时会形成橙色和白色等离子体。在之前的研究中 [49, 50]，我们发现当使用 NaOH 或 KOH 作为电解质时，可以通过阴极等离子体剥离产生片状石墨烯纳米片。然而，在本研究中，当电解质为 H2SO4 时，我们获得了类似洋葱的形态，这可能是因为在阴极等离子体剥离过程中存在不同类型的阳离子轰击 [51]。我们将在下面讨论影响所生产形态的机制及其材料特性。

实验装置示意图和使用 NaOH 和 H2SO4 作为电解质的阴极等离子体剥离过程的示意图，以及实验的数字图像

图 2a 显示了 GNS_Na ⁺ 的 FESEM 图像 放大倍数为 20 k；由于热应力和电位驱动的离子轰击，片状形态表明典型的石墨烯片从阴极等离子体过程中成功剥离。有趣的是，图 2b 显示了类似花椰菜的形态，在 GNS_H ⁺ 的表面上有束 材料。我们怀疑这种形态差异与阴极等离子体剥离过程中不同的离子轰击效应有关：较小的 H ⁺ 离子不仅从石墨电极上剥离石墨烯片，而且装饰表面以形成纳米结构，而较大的 Na ⁺ 离子仅具有去角质作用 [50, 52]。图 2c 和 d 显示了 GNS_Na ⁺ 的 TEM 图像 和 GNS_H ⁺ ， 分别。 GNS_Na ⁺ 具有典型的石墨烯形态，具有光滑的层状表面和断裂边缘；相比之下，GNS_H ⁺ 具有多个堆叠的纳米结构。 HRTEM 显示，所产生的 GNS_Na ⁺ （图 2e）包括四层石墨烯片； GNS_H ⁺ 存在洋葱状形态 （图 2f），直径从 4 到 10 nm。有趣的是，这些环由四到六层石墨烯片组成。球形洋葱状结构推测是由于H ⁺ 轰击过程中的离子，与 FESEM 数据一致。与较大的 Na ⁺ 相比 离子，较小的 H ⁺ 离子促进了等离子体剥离过程中产生的石墨烯自由基的更彻底的键断裂和解离 [53, 54]。一旦这些自由基物质从等离子体区向外溅射到电解质，它们就会因为温度梯度而被淬灭 [55]；同时，由于高能自由基的能量损失，它们重新结合形成球形洋葱状结构，以最大限度地降低表面能。图 2e 和 f 的插图显示了 GNS_Na ⁺ 的 FFT 图像 和 GNS_H ⁺ ， 分别;两者都显示出典型的六边形衍射图案，表明阴极等离子体剥离后石墨烯晶格仍然存在。由于洋葱状石墨烯的多个晶体取向产生了许多衍射点，因此在 GNS_H ⁺ 的图像中可以明显看到额外的环图案 .由于离子嵌入和轰击的异质性 [50, 56, 57]，当改变电解质中的离子时，我们只能粗略地控制所生产的石墨烯的厚度。附加文件 1：图 S1a 显示了 30 多个 GNS 样品的厚度分布，根据其 HRTEM 图像确定。值得注意的是，GNS_H ⁺ 和 GNS_Na ⁺ 具有少于六个石墨烯层的样品分别占所有石墨烯纳米片的大约 87% 和 74%，而对于 GNS_H ⁺ ，包含三到六个石墨烯层的石墨烯纳米片的百分比更大 比 GNS_Na ⁺ ，表明生成的 GNS 的均匀性与离子类型有关：较小的 H ⁺ 离子可以比 Na ⁺ 诱导更多的键断裂和剥离 电化学等离子体过程中的离子。我们进行了另外两组实验，以检查 H ⁺ 产生的洋葱样 GNS 的可重复性 离子。附加文件 1：图 S1b 和 S1c 显示了 GNS_H ⁺ 的直方图 第二批和第三批；厚度分布与第一批相似，洋葱状形态的 HRTEM 图像在附加文件 1 的插图中描述：图 S1b 和 S1c，表明 GNS_H ⁺ 的一致再现性 .

一 , b a 的 FESEM 图像 GNS_Na ⁺ 和 b GNS_H ⁺ ; c , d 明场 TEM 图像和 e , f HRTEM 图像与 c 的相应 FFT 图像 , e GNS_Na ⁺ 和 d , f GNS_H ⁺

我们使用 XPS 来研究所生产的 GNS 的表面化学成分。附加文件 1：图 S2a 显示了两个样品的调查光谱，揭示了碳和氧物种的存在。 GNS 的氧化可归因于阴极等离子体剥离，它用水分子使石墨烯和电解质自由基化。在自由基反应、淬灭和原子重排后，在所生产的材料表面产生含氧官能团。图 3a 和 b 显示了 GNS_Na ⁺ 的解卷积 C 1s 光谱 和 GNS_H ⁺ ， 分别。在这两个光谱中，我们将位于 284.5 和 285.1 eV 的峰指定为 sp ² 的键合 - 和 sp ³ -杂化碳原子——即分别为 C=C 和 C-C [58, 59]。结合能较高的峰为 285.7 和 287.1 eV，以 C-O 和 C=O 单元为参考。 GNS_Na ⁺ 中碳和氧的原子百分比 分别为 97.9 和 2.1 at.%； GNS_H ⁺ 具有更高的氧百分比（高达 6.1 at.%）。 GNS_H ⁺ 的氧化程度更高 推测是由于相对较小的 H ⁺ 引入了额外的纳米结构和缺陷 离子——剥离过程中石墨烯上出现更多自由基位点的结果。

a的高分辨率C 1s XPS光谱 GNS_Na ⁺ 和 b GNS_H ⁺

我们使用拉曼光谱获得了进一步的结构信息。在图 4a 中，1325、1571 和 2648 cm ^-1 处的三个区别峰 分别代表 D-、G-和 2D-​​波段 [60,61,62,63]。 D-band 代表 A1g 模式，与缺陷和结构紊乱有关； G 带与由 sp ² 形成的拉伸对的面内键合相关 - 杂化碳原子，如 E2g 模式；与声子带或电子带的分裂有关，2D 带是 D 带的二级。峰强度的比值I D/我 G 代表石墨，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 分别为 0.08、0.46 和 0.79。由于阴极等离子体过程增加了官能团和边缘的数量，增加了碳晶格的结构无序，GNS_Na ⁺ 的缺陷强度 和 GNS_H ⁺ 高于石墨。此外，我们认为 I 的值较高 D/我 G 代表 GNS_H ⁺ 到更高水平的氧化和纳米结构形成，如使用 XPS、FESEM 和 TEM 所证明的那样。相对可区分的 D′ (1610 cm ^–1 ) 和 D + G (2909 cm ^–1 ) 条带证实了 GNS_H ⁺ 的更大紊乱 .由于范德华力，粉末状 GNS 样品中发生了一些团聚，如 FESEM 图像所示；从我们在图 4a 中的拉曼光谱，GNS_Na ⁺ 的对称和下移的 2D 波段 和 GNS_H ⁺ ，相对于石墨，表明少层石墨烯结构大部分被保留，没有大程度的重新堆叠形成石墨。图 4b 还提供了 GNS_Na ⁺ 的 D 和 G 波段强度比的箱形图 和 GNS_H ⁺ ，每个收集自 15 个样本。 GNS_H ⁺ 平均具有更高的缺陷水平，表明洋葱状形态中的大部分结晶域小于片状 GNS_Na ⁺ .有趣的是，I 值的统计范围 D/我 G 代表 GNS_H ⁺ 比 GNS_Na ⁺ 窄 , 表示 GNS_H ⁺ 具有优异的均匀性，与较小的 H ⁺ 相关 离子诱导石墨烯自由基更彻底的键断裂和解离。石墨的XRD图谱，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 揭示（附加文件 1：图 S2b）附加结构信息。石墨的图案在 26.7° 处有一个尖锐的衍射峰，我们将其归为 (002) 衍射，表明高度石墨化和层间距 0.334 nm；两个 GNS 的这个峰值下降了 0.1°，与它们的层间距离的增加一致。石墨 GNS_Na ⁺ 接近 26.7° 的 X 射线衍射峰的半峰全宽 (FWHM) , 和 GNS_H ⁺ 分别为 0.11、0.40 和 2.7°，表明晶体尺寸按此顺序减小，因此，阴极等离子体剥离后 GNS 样品的无定形性质增加。我们进行了 N2 吸附实验，以确定样品的 BET 表面积和 BJH 孔径以及分布。图 5a 显示 N2 吸附/解吸等温线具有典型的 H3 滞后回线，如国际纯粹与应用化学联盟 (IUPAC) 所分类。滞后回线出现在相对较低的压力 (0.4-0.8) 下，表明所生产的材料中存在介孔 [50]。石墨的比表面积，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 分别为 9、72 和 464 m ² g ⁻¹ ， 分别。 GNS_H ⁺ 的比表面积更高 与其洋葱状纳米结构一致，证实了 H ⁺ 的参与 阴极剥离过程中的离子。从理论上讲，石墨烯作为电极材料的更高表面积将为电化学测量期间的离子提供更多吸收位点。样品的 BJH 孔径分布（图 5b）显示石墨的主要孔径在 2-20 nm 范围内，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 分别为 2.5、14.9 和 9.2 nm。因此，当使用 H ⁺ 制造时，所生产的 GNS 的主要孔径较小 离子。然而，GNS_H ⁺ 的孔体积 (0.928 cm ³ g ⁻¹ ) 大于 GNS_Na ⁺ (0.289 cm ³ g ⁻¹ ) 和石墨 (0.058 cm ³ g ⁻¹ )，表明 GNS_H ⁺ 纳米团簇之间的多孔结构 为电解液的进入和电化学充放电过程中的离子传输提供了额外的空间。

一 拉曼光谱和b 石墨D-和G-带强度比的箱形图，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺

一 典型的 N2 吸附/解吸等温线和 b 石墨的BJH孔径分布，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺

我们使用三电极系统来确定石墨的电化学性质，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 在 1 M NaCl 中，电位从 - 0.4 到 + 0.6 V。图 6a 显示了石墨 GNS_Na ⁺ 的循环伏安图 , 和 GNS_H ⁺ 以 5 mV s ⁻¹ 的扫描速率记录 .我们观察到测量曲线的准矩形形状，没有明显的法拉第反应，这表明电极材料由于高度可接近的离子而具有优异的双电层电容 [64]。表1比较了石墨GNS_Na ⁺ 的比表面积、孔体积、比电容和电荷转移电阻 , 和 GNS_H ⁺ .在 5 mV s ⁻¹ 的扫描速率下确定的特定电容 , 对于石墨，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 分别为 11.4、21.6 和 67.1 F g ^-1 ， 分别。由于阴极等离子体剥离过程中仅产生了几层石墨烯结构，因此两种GNS的超级电容性能均高于石墨；此外，3D 结构的洋葱状 GNS_H ⁺ 由于其较大的比表面积和孔体积可以在充电和放电过程中容纳额外的离子，因此具有更高的比电容。附加文件1：表S1比较了合成方法、时间和温度；比表面积；以及文献中报道的各种石墨烯材料的电化学性能（在不同扫描速率的 NaCl 溶液中）。尽管本研究中的比电容低于之前报道的一些电容，但大多数其他合成方法需要更长的加工时间和更高的温度来生产具有高比表面积的石墨烯材料。因此，我们相信我们的简便、一步法和绿色阴极等离子体剥离工艺在生产优质 GNS 方面非常具有竞争力。附加文件 1：图 S3a-c 显示了石墨的循环伏安图，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 以各种扫描速率记录。随着扫描速率的增加，每个样品的测量曲线保持其准矩形形状，表明电极材料具有优异的双电层电容，没有明显的法拉第反应。值得注意的是，这两种 GNS 在很宽的扫描速率范围内都表现出优异的电化学稳定性；随着扫描速率的增加，电流密度的明显增强表明这两种电极材料具有优异的倍率能力。图 6b 显示 GNS_H ⁺ 的比电容 相对高于 GNS_Na ⁺ 在从 5 到 500 mV s ⁻¹ 的所有扫描速率下 ，大概是因为 GNS_H ⁺ 的洋葱状纳米结构产生了更高的比表面积 .图 6c 显示了石墨烯材料 GNS_Na ⁺ 的典型恒电流充放电曲线 和 GNS_H ⁺ 在电流密度为 0.1 A g ⁻¹ .它们高度对称的三角形曲线意味着两个样品都没有明显的电位 (iR) 下降，表明这些电极材料的内阻较低。附加文件 1：图 S3d-f 显示了样品在不同电流密度下的恒电流充电/放电曲线。随着电流密度的增加，测量曲线在其对称性中保留了显着的三角形，表明这些具有不同形态的刚生产的 GNS 具有出色的倍率能力。我们测量了 GNS_Na ⁺ 的循环能力 和 GNS_H ⁺ 在 100 mV s ⁻¹ 的扫描速率下超过 1000 个周期 （附加文件 1：图 S4）。每种材料都显示出出色的电容保持率：石墨、GNS_Na ⁺ 分别为 93、91 和 88% , 和 GNS_H ⁺ ， 分别。 GNS_H ⁺ 的电容保持率略低 据推测，这是由于在充电和放电过程中不可逆的离子捕获在其纳米结构的较小孔中。 EIS 是一种测量碳电极电导率的有效方法。图 6d 显示了石墨的 Nyquist 图，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 在 100 mHz 到 100 kHz 的频率范围内测量。一般来说，高频区测量曲线实轴的第一个截距，称为电化学串联电阻（R s)，可能与电极材料中电解质的离子电导率、电极材料的本征电阻以及材料与集电器的接触电阻有关。 R 的小值 s 在我们的两个样品的测量曲线中都很明显，表明这些生产的石墨烯材料具有优异的导电性。阻抗图还在高频和中频区域呈现半圆，这与电极上的活性材料和电解质之间的界面处的电荷转移过程有关；低频区域的 45° 斜线表明 Warburg 阻抗与质量传输相关 [65, 66]。电荷转移电阻 (R ct) 石墨，GNS_Na ⁺ , 和 GNS_H ⁺ 分别为 3.5、3.9 和 4.6 Ω，揭示了在充电和放电过程中促进离子扩散的高导电石墨和石墨烯材料。 R 稍大的值 ct 为 GNS_H ⁺ 与石墨和 GNS_Na ⁺ 相比，可能与其较小的结晶面积和较高的氧化水平有关 .因此，虽然在 Na ⁺ 存在下形成了不同的形态 和 H ⁺ 由于保留了石墨烯晶格的结晶度，因此通过阴极等离子体剥离产生的 GNS 的电导率没有受到影响。由于洋葱状结构的曲率，GNS_H ⁺ 可能具有更多的结构位错，因此在弯曲基面的石墨烯六边形晶格中具有更多的活性位点 [67,68,69]。因此，洋葱状 GNS_H ⁺ 的离子吸收 可能发生在更多的边缘和基面，而不是像片状 GNS_Na ⁺ 那样只发生在基面 .此外，GNS_H ⁺ 的较高氧化态 可以提供更亲水的表面与水性电解质相互作用，从而在充电和放电过程中允许更有效的离子传输和可接近的微通道，从而产生更高的超级电容性能。

一 Cyclic voltammograms of the various samples, recorded at 5 mV s ⁻¹ . b Specific capacitances of the samples, determined at scan rates from 5 to 500 mV s ⁻¹ . c Galvanostatic charge/discharge curves recorded at 0.1 A g ⁻¹ . d Nyquist plots of the samples measured from 100 mHz to 100 kHz; inset:corresponding expanded high-frequency region of the plots

结论

We have produced typical sheet-like GNS when using aqueous NaOH as the electrolyte in a cathodic plasma exfoliation process performed within a short period of time under ambient conditions. When the electrolyte was replaced by aqueous H2SO4, an onion-like morphology was introduced to the as-produced GNS, which featured a superior specific surface area (464 m ² g ⁻¹ ) and pore volume (0.928 cm ³ g ⁻¹ ）。 We suspect that the involvement of H ⁺ ions facilitated more thorough bond breaking and dissociation of radical species than did the Na ⁺ ions during the cathodic plasma exfoliation. Measurements of supercapacitive performance at a scan rate of 5 mV s ⁻¹ in 1 M NaCl indicated that the GNS featuring the onion-like nanostructures had a specific capacitance (67.1 F g ⁻¹ ) higher than that of the GNS having the sheet-like morphology (21.6 F g ⁻¹ ）。 Thus, it is possible to produce GNS with different morphologies and supercapacitive performances when using readily accessible electrolytes in a facile cathodic plasma exfoliation process; furthermore, the unique onion-like GNS structure, with some retained crystallinity and curvature, created by the H ⁺ ions, exhibited extraordinary conductivity and a high specific surface area, suggesting greater potential (relative to that of the corresponding sheet-like GNS) for use in energy storage devices.

缩写

赌注：

Brunauer–Emmett–Teller

简历：

循环伏安图

EDLC：

Electrical double-layer capacitors

FESEM：

场发射扫描电子显微镜

FFT：

快速傅里叶变换

FWHM：

半高全宽

GNS:

Graphene nanosheets

GNS_H ⁺ ：

Graphene nanosheets produced using H2SO4

GNS_Na ⁺ ：

Graphene nanosheets produced using NaOH

H2SO4 :

Sulfuric acid

KOH:

氢氧化钾

NaCl:

氯化钠

NaOH:

Sodium hydroxide

NMP：

N-Methyl-2-pyrrolidone

TEM：

透射电子显微镜

XPS：

X射线光电子能谱

XRD：

X射线衍射