近日，biwn必赢颜佳伟教授、李剑锋教授与谷宇副研究员课题组在石墨烯基非水电化学电容器能量存储机理研究方面取得新进展，相关成果以“Unraveling the energy storage mechanism in graphene-based nonaqueous electrochemical capacitors by gap-enhanced Raman spectroscopy”为题，在线发表于Nature Communications（DOI：10.1038/s41467-024-49973-9）。
石墨烯具有稳定的物理结构、大比表面积和优异导电性，显示出其在电化学电容器中的巨大应用潜力。然而，其电荷存储机理涉及表面离子的电吸附形成双电层等复杂过程。因此，针对石墨烯基非水电化学电容器能量存储机理研究发展分子水平表征方法，从而探究双电层的充电机理并理解其与电化学性能的关联十分重要。
本工作中，研究团队提出了一种基于壳层隔绝纳米粒子和金属基底耦合的间隙增强拉曼光谱策略，并结合原子力显微术等表征技术，研究了层数可调的石墨烯表面上吸附离子构型的电位依赖性和电容曲线。研究发现，随着石墨烯层数的增加，石墨烯的性质从类金属行为向类石墨行为转变，充电机理由单层石墨烯中的共离子解吸附主导转变为少层石墨烯中的离子交换主导，并且显著影响电化学性能，从而为理解和调控电化学电容器的充电动力学提供了新的途径。该方法有望进一步拓展到其它二维材料的表界面科学和能源科学研究。
该工作是在颜佳伟教授、李剑锋教授和谷宇副研究员的共同指导下完成。biwn必赢2022级博士生殷晓婷为该论文的第一作者。尤恩铭（集美大学）、周如玉、王卫伟、李凯旋等参与了该论文的部分工作。朱丽虹副教授、吴德印教授、毛秉伟教授等对该研究给予了大力支持和帮助。研究工作得到国家自然科学基金（22021001、22072123、T2293692、22202162、21925404、22372140）及中国博士后科学基金（2022M722648）的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49973-9
