当今世界，随着现代科技的快速发展，市场上逐渐涌现出一批新概念的电子产品，如可弯折手机、智能化耳机、微型化传感器等微系统。而这些柔性化、微型化的智能电子产品的出世，带动了其配套的芯片储能器件的发展，微型超级电容器应运而生。与传统的储能器件相比，微型超级电容器具有轻量化、厚度薄、体积小、高功率密度、长循环寿命和快速频率响应等优点，从而引起了世界各国的广泛关注。目前，超级电容器的研究主要集中于核心元件电极上，其中，发展高性能电极材料一直是其最为重要的研究方向之一。

石墨烯是一种二维的碳材料，2010年的诺贝尔物理学奖将其带入了人们的视线。那么，到底什么是石墨烯呢？简单而言，我们将有序排列的、蜂窝状、层层堆叠形成的石墨，剥离成单层的薄片时，这种只有一个碳原子厚度的单层石墨就被称为石墨烯。那么石墨烯为什么会有这么大的名声呢？这是因为这种单原子厚度的石墨烯不仅具有超高的比表面积，同时，石墨本身良好的平面六边形点阵有利于电子的自由移动，从而使其具有超高的导电性，因此被广泛地应用于电极材料的研究中。尤其是对于平面化微型超级电容器来说，利用石墨烯作为电极材料能够充分利用石墨烯的优势,不仅能够进一步降低整个器件薄度、减小体积，同时实现了电解液离子的快速迁移，从而实现电荷的高能量存储。研究发现，石墨烯的掺杂可以在其表面诱导形成高的局域电荷，从而提高其化学活性。但是在掺杂的过程中，以石墨烯为前躯体，精确制备出厚度均一、大面积杂原子掺杂的石墨烯薄膜仍面临巨大的挑战。

中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员课题组一直致力于石墨烯芯片储能器件的研究。最近，他们团队采用自下而上逐步热解法成功制备出连续、均匀的硫掺杂石墨烯薄膜；以该薄膜为电极，采用微纳加工技术构建微型超级电容器，表现出高体积比容量、优异倍率性能、超快的频率响应时间，及高功率密度

(J. Am. Chem. Soc

. 2017,DOI:10.1021/jacs.7b00805)。

在此之前，他们团队在石墨烯芯片储能器件研究中还取得了其他一系列重要进展。例如，利用高温热解法在SiC基底上制备出高密度、高导电性、单一方向的站立石墨烯阵列应用于高功率微型超级电容器，获得的储能器件可以在几毫秒内完成快速充放电(ACS Nano 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b00553)。为了提高器件的能量密度，该课题组发展了交替堆叠沉积电化学剥离的石墨烯与高赝电容二维噻吩纳米片的复合方法，制备出具有叠层结构复合薄膜。以其为薄膜电极制备的芯片储能器件不仅具有高的功率密度，而且具有很好的机械柔韧性，在不同的弯曲状态下仍保持稳定的电化学性能（Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201602960）。除了构建高性能电极材料，发展新型器件构型也至关重要的。该课题组首次提出了在一个基底上构筑任意形状、三明治结构平面超级电容器的学术思想(ACS Nano 2017,DOI:10.1021/acsnano.6b08435)。以电化学剥离石墨烯为电极材料，纳米氧化石墨烯为隔膜，在形状可调控的掩模版协助下，通过逐层喷涂的方式在一个柔性基底上制造出具有任意形状、全石墨烯基三明治结构平面超级电容器。这些工作进展为进一步合理设计新型石墨烯电极材料，优化电极材料的组成与界面、开发多样性器件构型以及批量化、集成化芯片储能器件制造技术提供了新的思路。

上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、辽宁省自然科学基金、国家青年千人计划等项目的资助。

作者系中国科学院大连化学物理研究所工作人员

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