現(xiàn)階段，限制石墨烯在技術(shù)應(yīng)用中充分發(fā)揮潛力的主要挑戰(zhàn)，是要制備出有高度定向的石墨烯。由于晶格缺陷阻礙了電荷遷移率，使得石墨烯的激發(fā)性能在實際的塊狀材料中受到阻礙。本文提出了一種通過在碳納米點(CND)和3D石墨烯復(fù)合材料上進(jìn)行激光輻照的簡單方法，以此來改善石墨烯的結(jié)構(gòu)完整性。CNDs附著在石墨烯片上的缺陷位置，通過激光輔助還原，可以修補(bǔ)碳晶格上的缺陷。光譜實驗表明，石墨結(jié)構(gòu)的回收率高達(dá)43%，電導(dǎo)率是原始石墨烯的四倍。該復(fù)合材料在電化學(xué)電容器中作為電極進(jìn)行了測試，其RC時間常數(shù)極快，低至0.57 ms。由于其低缺陷濃度，還原石墨烯氧化碳納米點(rGO-CND)復(fù)合材料的頻率響應(yīng)足夠快，可以作為AC線路濾波器，有可能取代目前的電解電容器。使用該方法論證了一種新型的線路濾波器，它具有迄今為止所報道的最快的電容響應(yīng)之一，并且其天線電容為68.8 mF cm
-2。這一結(jié)果強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)完整性對優(yōu)化石墨烯在電子應(yīng)用中的決定性作用。
Figure 1. 不同放大倍數(shù)下于5.0 kV時獲得的30% rGO-rCND復(fù)合材料的SEM圖。
Figure 2. rGO-rCND復(fù)合材料的光譜表征：a)激光還原的GO和rGO-rCND復(fù)合材料的拉曼光譜，其中在633 nm激發(fā)時獲得不同比例的CND。b)根據(jù)(a)中拉曼光譜數(shù)據(jù)計算的復(fù)合材料中ID/IG比值與CND%的關(guān)系。c) rGO-rCND復(fù)合材料的XPS光譜的C 1s范圍。d)具有不同CND質(zhì)量分?jǐn)?shù)的rGO-rCND復(fù)合材料中，sp2，sp3和碳氧鍵對(c)中總C 1s峰的貢獻(xiàn)。
Figure 3. 石墨烯的CND修補(bǔ)過程圖。
Figure 4. 電化學(xué)組件中rGO-rCND的電學(xué)和電化學(xué)表征。a) rGO-rCND復(fù)合膜的電導(dǎo)率隨CND質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。b)由兩個獨立的rGO-rCND復(fù)合電極組成對稱電化學(xué)電池的循環(huán)伏安圖，該電極在1.0M NaSO
4水溶液中組裝成紐扣電池，掃描速率范圍為0.1至20 V s
-1。c) 在(b)中所述的電池中，具有不同CND質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%至30%（亮至暗，灰色為0%）的rGO-rCND電極的EIS獲得的奈奎斯特圖。d)在(b)中所述的電池中，不同rISD質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%到30%之間（淺到暗，灰色為0%）的rGO-rCND復(fù)合電極的EIS獲得的波特圖。
相關(guān)研究成果于2019年由加州大學(xué)洛杉磯分校Richard B. Kaner課題組，發(fā)表在Small (DOI: 10.1002/smll.201904918)上。原文：Laser-Assisted Lattice Recovery of Graphene by Carbon Nanodot Incorporation
