近日，重庆大学光电工程学院陈显平教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》(TOP期刊)上发表了题为《Facile and Scalable Fabrication of High-Performance Microsupercapacitors Based on Laser-Scribed In Situ Heteroatom-Doped Porous Graphene》（《基于激光原位杂原子掺杂多孔石墨烯的简易、可扩展制备高性能微型超级电容器》）的研究论文。本文实施了一种高效、简便以及可扩展的策略来合成原位杂原子掺杂的多孔石墨稀。即通过激光一步雕刻定制的前驱体掺杂的聚酰亚胺膜，制备了硼（B）和氮（N）掺杂的多孔石墨稀电极。基于这些掺杂的石墨烯所制备的柔性微型超级电容表现出高面积比电容，出色的循环性能以及弯曲灵活性，为制备柔性杂原子掺杂的多孔石墨烯电极提供了新的途径，在柔性/可穿戴电子器件中有广阔的应用前景。

超级电容的制备流程图

随着微型电子设备以及柔性/可穿戴器件的快速发展，对于微型柔性储能设备的需求日益增加。其中，微型超级电容器具有高能量/功率密度，快速冲/放电速度，稳定的循环性能以及超长的工作寿命等优点，因此受到广泛的关注。在这项工作中，我们提出了一种简单方便且可扩展的方法，以柔性的掺杂硼砂和三聚氰氨的聚酰亚胺（PI）/羧甲基纤维素（CMC）复合薄膜为衬底，通过激光直接书写制备了硼和氮掺杂的3D多孔石墨烯电极。B掺杂提高了电极的导电性和亲水性，有利于电解质离子在多孔石墨烯电极中的传输和渗透，从而极大地提高了MSCs的电化学性能。同时，B和N的掺杂可以引入赝电容，对于提高电容性能也具有重要意义。作为证明，基于B掺杂的电极组装的柔性超级电容表现出高面电容（60.6 mF cm^-2），高能量密度（5.393 μWh cm^-2），稳定的循环性能（20000次循环后保持96.3%以上）以及优异的机械灵活性。此外，本文还结合了第一性原理（DFT）仿真计算，从原子微观角度探索B掺杂对电极与电解质离子间相互作用的影响。仿真的结果表明B掺杂增强了石墨烯电极与电解质离子之间的吸附，有利于电解质的传输，与实验结果相吻合。鉴于该微型超级电容器的优异的性能，其在可穿戴设备，柔性微型电子器件等领域有潜在的应用价值。

超级电容的测试性能图

陈显平教授主要致力于：1）先进传感器与智能感知技术；2）功率半导体芯片与器件研究。近年来，先后主持国家自然科学基金、JKW快响、装发预研、陆装“十三五”预研、重庆市技术创新与应用示范（产业类重大）项目、重庆市民生保障科技创新专项重点项目、省自然科学基金重点等各级科研项目20余项，已获得了多项创新成果。截至目前，已公开发表SCI论文120余篇，其中作为一作/通讯作者在Nature Communications（《自然》子刊）、Science Advances（《科学》子刊）、Advanced Functional Materials、Angewandte Chemie International Edition、ACS Applied Materials & Interfaces、Biosensors and Bioelectronics、Carbon、IEEE Transactions on Power Electronics、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices等国际著名学术期刊发表学术论文近100篇。

光电工程学院2018级博士研究生袁敏和硕士研究生罗峰为该论文的共同第一作者，陈显平教授为该论文的通讯作者，重庆大学光电工程学院为该论文第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、重庆市科技创新重点研发计划等项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c03219