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  當前，石墨烯纖維材料作為制備柔性電子器件的一種優選材料得到廣大科研人員的關注，在柔性儲能器件和智能傳感器件等領域有著巨大的應用潛力。但由于石墨烯片層嚴重堆疊及其自身天然的疏水性帶來比表面積小、與電解液親和性不佳等缺點，極大地限制了石墨烯優異的理論電化學性能在宏觀材料中的發揮。

  為此，東華大學朱美芳教授團隊在前期的研究工作中開發了一種石墨烯溶液的非液晶紡絲方法，通過堿液調節溶液中石墨烯片層表面的帶電性，使片層間產生強烈的靜電排斥力，形成無序排列，規模化連續制備得到具有高電化學性能的多孔純石墨烯纖維（Nano Energy, 2015, 15, 642），并取得了一系列的研究進展。該團隊通過這種方法得到具有高強度、高親水性及高電化學性能的聚乙烯醇/石墨烯雜化纖維（Journal of Power Sources, 2016, 319, 271）。他們進一步通過多組分雜化組裝將帶有贗電容特性的無機納米粒子（例如MnO2、MoO3等）作為納米活性組分，制備得到具有高電化學性能的雜化石墨烯纖維（Journal of Power Sources, 2016,306, 481; Carbon, 2017, 113, 151）。

  近期，該團隊在前期的工作基礎上，利用纖維素納米晶具有一維棒狀剛性結構、表面富含親水性基團的特點，將其作為納米增強單元，通過上述紡絲方法，結合化學還原獲得了多組分異質組裝的rGO/CNC雜化纖維。研究發現，該策略獲得的石墨烯雜化纖維具有多方面優勢：第一，CNC的納米棒狀形態不僅能夠與石墨烯片層形成插層結構，改善石墨烯纖維中石墨烯片層堆積嚴重的現象，而且還能抑制石墨烯片層在纖維成形過程中可能存在的彎曲和折疊，使其在纖維軸向上排列，從而形成有序的納米孔道結構（如圖1a所示），為電解質傳輸提供暢通無阻的納米通道；第二，由于自身的剛性結構，CNC不會在石墨烯片層表面形成如同高分子鏈包覆的狀態，在增強其性能的同時，維持石墨烯片層在纖維軸向的有效連接，保證雜化石墨烯纖維的高導電性（如圖1b所示）；第三，CNC表面豐富的親水性基團不僅能與石墨烯片層表面殘留的含氧官能團（羥基、羧基、碳基等）形成強作用的氫鍵網絡，有效增強其力學性（如圖1c所示），而且其親水性納米單元能賦予石墨烯高親水性（如圖1d所示），有效提高纖維與電解質溶液的親和性。

圖1. 雜化石墨烯纖維的截面電鏡圖（a）、電導性（b）、力學性能（c）及其親水性能（d）

  隨后，他們將得到的雜化石墨烯纖維組裝成超級電容器，發現其具有優異的電化學性能，同時具備優異的串并聯性及柔性（如圖2a-b所示），在同類超級電容器中具有相對較高的能量密度和功率密度（如圖2c所示）。

圖2. 雜化石墨烯纖維制備得到超級電容器的串并聯性（a）、彎曲測試（b）及其Ragone圖（c）

  因此，以上研究表明，該雜化石墨烯纖維作為柔性電極材料在可穿戴電子器件，特別是柔性超級電容器領域具有廣闊的應用前景。這一成果近期發表在Carbon 上。

  論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622317311156