缺陷是影響炭材料儲(chǔ)能和電催化性能的重要影響因素之一。炭材料中的缺陷類型可分為外來(lái)?yè)诫s缺陷（包括各類官能團(tuán)和雜原子等）和自摻雜缺陷（包括空位、Stone-Wales缺陷、邊緣、位錯(cuò)、晶界等）兩大類，其中自摻雜缺陷可能破壞炭材料的本征結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因而被認(rèn)為是造成電容器循環(huán)和倍率性能下降的因素。只有少數(shù)工作發(fā)現(xiàn)自摻雜缺陷對(duì)炭材料的電容性能的有利影響，他們將其歸因于自摻雜缺陷改變了炭材料局部的電荷分布，或提供了量子電容等。但這些工作都是在模擬計(jì)算或者理想模型材料（如單層石墨烯）的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，缺陷密度對(duì)炭材料電化學(xué)性能的影響以及作用機(jī)理、如何在炭材料中可控地引入缺陷結(jié)構(gòu)等問(wèn)題尚不明確。 

　　該研究組通過(guò)氬氣氣氛球磨處理在膨脹石墨烯（EG）中可控引入自摻雜缺陷制備了缺陷石墨烯（DGB），發(fā)現(xiàn)球磨后具有超低比表面的炭材料表現(xiàn)出比球磨前更高的容量，同時(shí)具有良好的倍率性能。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試和計(jì)算證明，DGB中自摻雜缺陷可以作為活性位點(diǎn)提供大量雙電層容量，缺陷密度（ID/IG）每提高一單位可以提供114 Fg^-1的比容量；單位比表面電容貢獻(xiàn)值高達(dá)7.91 Fcm^-2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)石墨烯的理論值（0.21 Fcm^-2）,其中自摻雜缺陷貢獻(xiàn)達(dá)4.81 Fcm^-2。此外，球磨帶來(lái)的致密化效果顯著提高了石墨烯的堆積密度（0.917 gcm^-3）和體積性能。相關(guān)的研究成果發(fā)表在2019年4月10日的《Advanced Functional Materials》上。 

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）4B9B-光電子能譜實(shí)驗(yàn)站的技術(shù)獲得的DGB中能帶結(jié)構(gòu)。C1s譜圖中介于π*峰（~286eV）和σ*峰（~293eV）之間的峰位對(duì)應(yīng)于sp3構(gòu)型以及邊緣和缺陷結(jié)構(gòu)處形成的C-H鍵，從譜圖可以看出，球磨處理后該峰的強(qiáng)度明顯提高，進(jìn)一步證明球磨處理增加了材料中的缺陷密度，這一結(jié)果與拉曼和XPS測(cè)試結(jié)果一致。 

　　該研究通過(guò)簡(jiǎn)單的球磨法在石墨烯中引入大量自摻雜缺陷作為離子吸附活性位點(diǎn)，提高石墨烯材料的雙電層容量，并保持材料良好的倍率性能。球磨帶來(lái)的致密化效果還顯著改善了石墨烯材料的體積性能。本工作揭示了自摻雜缺陷對(duì)炭材料電化學(xué)性能的影響和儲(chǔ)能機(jī)理，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高性能致密炭電極材料提供了思路。 

　　發(fā)表文章： 

　　Yue Dong, Su Zhang, Xian Du, Song Hong, Shengna Zhao, Yaxin Chen, Xiaohong Chen, and Huaihe Song* Boosting the Electrical Double-Layer Capacitance of Graphene by Self-Doped Defects through Ball-Milling. Adv. Funct. Mater. 29 (2019), 1901127.