利用脂肪族/芳香族分子及其自由基对石墨烯电极进行化学修饰以增强量子电容

我们对功能化石墨烯中的量子电容(C$_Q$)进行了系统研究。石墨烯的功能化是通过掺杂不同的脂肪族和芳香族分子及其自由基实现的。利用密度泛函理论计算，我们首先分析了功能化石墨烯的电子能带结构，随后得到了各体系的量子电容。我们观察到，通过在石墨烯片上掺杂脂肪族和芳香族分子及其自由基可以增强量子电容，尤其是自由基功能化石墨烯显示出C$_Q$的显著增强。我们的理论研究表明，芳香族和脂肪族自由基由于电荷局域化而在费米能级附近产生局域态密度。因此，与原始石墨烯相比，估计得到了非常高的量子电容(高于200 $\mu F/cm^2$)。我们的研究还考虑了功能化过程中石墨烯上的原子位错和空位缺陷的影响。所得结果预测，在石墨烯功能化过程中形成分子自由基可能是合成高效石墨烯基超级电容器电极材料的有效途径，进而可显著改善超级电容器的性能。