氮缺陷工程石墨烯量子点的缺陷化学-氧化还原-动力学框架：在超级电容器和聚合物杂化材料中的应用

《Materials Today Communications》：From nitrogen-defect chemistry to redox-regulated coordinated electrode architectures: Electronic reconstruction and charge-transfer control in graphene quantum dots for energy storage

　　

摘要

氮缺陷工程为调控石墨烯量子点（N-GQDs）的电子结构、表面化学和电化学行为提供了机会，但特定构型的贡献仍难以与伴随的结构和界面变化分离开来。本综述批判性地考察了氮构型、电子态修饰、氧化还原可及性以及电荷转移限制之间的关系，主要聚焦于超级电容器和聚合物杂化材料。吡啶氮、吡咯氮和石墨氮被讨论为依赖于环境的化学描述符，而非普遍预测性的活性位点标签。代表性结果包括：一种N-GQD/PANI电极在5 A g?1下报告了503 F g?1的电容，并在10,000次循环后保持91.9%的电容保持率；一种S,N-GQD/PANI对称超级电容器在1.227 kW kg?1下实现了44.25 Wh kg?1的能量密度。这些发现展现了复合级别的性能，并与归一化差异以及聚合物、导电网络和电解质可及性的贡献一起进行了解释。本文还考虑了一个示例性的电池负极研究，但未将其结论推广到其他电池化学体系中。所提出的缺陷化学-氧化还原-动力学框架为潜在活性位点在协同电极架构中的利用方式提供了机理层面的解读。其预测范围仍是定性和条件性的。未来的优先方向包括：受控的材料比较、构型敏感的表征、电位依赖位点演化的验证，以及结合化学、结构、架构和测试描述符的机器学习表示。

Mohamed Abu Shuheil|Maharshikumar B. Shukla|Irwanjot Kaur|Ahmed Aldulaimi|Maha Mohammed Tawfiq|Harvinder Singh Sohal|Khushnud Azizjanov|Shakhrijakhon Aminqulov|Hadi Bastani