Bottom-Up Fabrication of Sulfur-Doped Graphene Films Derived from Sulfur-Annulated Nanographene for Ultrahigh Volumetric Capacitance Micro-Supercapacitors

Journal of the American Chemical Society

Volumn 139, Issue 12, 2017, Pages 4506-4512

  Wu, Zhong Shuai ^a   Tan, Yun Zhi ^b   Zheng, Shuanghao ^a,c   Wang, Sen ^a,c   Parvez, Khaled ^d   Qin, Jieqiong ^a,c   Shi, Xiaoyu ^a   Sun, Chenglin ^a,c   Bao, Xinhe ^a   Feng, Xinliang ^e   Müllen, Klaus ^f  

^a DALIAN INSTITUTE OF CHEMICAL PHYSICS   (China)

^b XIAMEN UNIVERSITY   (China)

^c UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES   (China)

^d UNIVERSITY OF MANCHESTER   (United Kingdom)

^e CENTER FOR ADVANCING ELECTRONICS DRESDEN CFAED   (Germany)

^f MAX PLANCK INSTITUTE FOR POLYMER RESEARCH   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CAPACITANCE; CARBON; FABRICATION; FLOWCHARTING; FREQUENCY RESPONSE; GOLD; GRAPHENE; SULFUR; SUPERCAPACITOR; ULTRATHIN FILMS;

BOTTOM-UP FABRICATION; HEXA-PERI-HEXABENZOCORONENES; HOMOGENEOUS DOPING; MICRO SUPERCAPACITORS; PSEUDOCAPACITIVE BEHAVIOR; RATE CAPABILITIES; VOLUMETRIC CAPACITANCE; WAFER SCALE FABRICATION;

SEMICONDUCTOR DOPING;

CORONENE; GRAPHENE; NANOPARTICLE; PHENYL GROUP; SULFUR; THIOL GROUP;

ARTICLE; DECOMPOSITION; ELECTRIC CAPACITANCE; ELECTRIC CONDUCTIVITY; ELECTRICAL EQUIPMENT; ELECTRICAL PARAMETERS; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; ENERGY; MICRO SUPERCAPACITOR; NANOFABRICATION; PRECURSOR; SOLID STATE; SURFACE PROPERTY; THICKNESS;

EID: 85016449393     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.7b00805     Document Type: Article

References (69)

1. LeMieux, M. C.; Bao, Z. N. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 585 10.1038/nnano.2008.296
2. Gates, B. D. Science 2009, 323, 1566 10.1126/science.1171230
3. Liu, C.; Li, F.; Ma, L. P.; Cheng, H. M. Adv. Mater. 2010, 22, E28 10.1002/adma.200903328
4. Yu, D. S.; Goh, K.; Wang, H.; Wei, L.; Jiang, W. C.; Zhang, Q.; Dai, L. M.; Chen, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 555 10.1038/nnano.2014.93
5. Wang, X.; Lu, X.; Liu, B.; Chen, D.; Tong, Y.; Shen, G. Adv. Mater. 2014, 26, 4763 10.1002/adma.201400910
6. Wen, L.; Li, F.; Cheng, H.-M. Adv. Mater. 2016, 28, 4306 10.1002/adma.201504225
7. Wan, S.; Peng, J.; Jiang, L.; Cheng, Q. Adv. Mater. 2016, 28, 7862 10.1002/adma.201601934
8. Chmiola, J.; Largeot, C.; Taberna, P. L.; Simon, P.; Gogotsi, Y. Science 2010, 328, 480 10.1126/science.1184126
9. Huang, P.; Lethien, C.; Pinaud, S.; Brousse, K.; Laloo, R.; Turq, V.; Respaud, M.; Demortière, A.; Daffos, B.; Taberna, P. L.; Chaudret, B.; Gogotsi, Y.; Simon, P. Science 2016, 351, 691 10.1126/science.aad3345
10. Beidaghi, M.; Gogotsi, Y. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 867 10.1039/c3ee43526a
11. Wu, Z.-S.; Feng, X.; Cheng, H.-M. Natl. Sci. Rev. 2014, 1, 277 10.1093/nsr/nwt003
12. Wang, S.; Zheng, S. H.; Wu, Z.-S.; Sun, C. L. Sci. Sin. Chim. 2016, 46, 1
13. Ferris, A.; Garbarino, S.; Guay, D.; Pech, D. Adv. Mater. 2015, 27, 6625 10.1002/adma.201503054
14. Su, Z.; Yang, C.; Xie, B.; Lin, Z.; Zhang, Z.; Liu, J.; Li, B.; Kang, F.; Wong, C. P. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2652 10.1039/C4EE01195C
15. Kurra, N.; Alhebshi, N. A.; Alshareef, H. N. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1401303 10.1002/aenm.201401303
16. Zhu, Y. G.; Wang, Y.; Shi, Y.; Wong, J. I.; Yang, H. Y. Nano Energy 2014, 3, 46 10.1016/j.nanoen.2013.10.006
17. Wang, K.; Zou, W. J.; Quan, B. G.; Yu, A. F.; Wu, H. P.; Jiang, P.; Wei, Z. X. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1068 10.1002/aenm.201100488
18. Liu, S.; Gordiichuk, P.; Wu, Z.-S.; Liu, Z.; Wei, W.; Wagner, M.; Mohamed-Noriega, N.; Wu, D.; Mai, Y.; Herrmann, A.; Müllen, K.; Feng, X. Nat. Commun. 2015, 6, 8817 10.1038/ncomms9817
19. Zhai, Y.; Dou, Y.; Zhao, D.; Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Dai, S. Adv. Mater. 2011, 23, 4828 10.1002/adma.201100984
20. Kurra, N.; Ahmed, B.; Gogotsi, Y.; Alshareef, H. N. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1601372 10.1002/aenm.201601372
21. Wei, L.; Nitta, N.; Yushin, G. ACS Nano 2013, 7, 6498 10.1021/nn4028129
22. Huang, H.-C.; Chung, C.-J.; Hsieh, C.-T.; Kuo, P.-L.; Teng, H. Nano Energy 2016, 21, 90 10.1016/j.nanoen.2015.12.012
23. Pech, D.; Brunet, M.; Durou, H.; Huang, P. H.; Mochalin, V.; Gogotsi, Y.; Taberna, P. L.; Simon, P. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 651 10.1038/nnano.2010.162
24. Kim, S. K.; Koo, H. J.; Lee, A.; Braun, P. V. Adv. Mater. 2014, 26, 5108 10.1002/adma.201401525
25. Gao, W.; Singh, N.; Song, L.; Liu, Z.; Reddy, A. L. M.; Ci, L. J.; Vajtai, R.; Zhang, Q.; Wei, B. Q.; Ajayan, P. M. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 496 10.1038/nnano.2011.110
26. El-Kady, M. F.; Kaner, R. B. Nat. Commun. 2013, 4, 1475 10.1038/ncomms2446
27. Wu, Z.-S.; Parvez, K.; Feng, X. L.; Müllen, K. Nat. Commun. 2013, 4, 2487 10.1038/ncomms3487
28. Liu, Z.; Wu, Z.-S.; Yang, S.; Dong, R.; Feng, X.; Müllen, K. Adv. Mater. 2016, 28, 2217 10.1002/adma.201505304
29. Niu, Z. Q.; Zhang, L.; Liu, L. L.; Zhu, B. W.; Dong, H. B.; Chen, X. D. Adv. Mater. 2013, 25, 4035 10.1002/adma.201301332
30. Wu, Z.-K.; Lin, Z.; Li, L.; Song, B.; Moon, K.-s.; Bai, S.-L.; Wong, C.-P. Nano Energy 2014, 10, 222 10.1016/j.nanoen.2014.09.019
31. Jeong, H. M.; Lee, J. W.; Shin, W. H.; Choi, Y. J.; Shin, H. J.; Kang, J. K.; Choi, J. W. Nano Lett. 2011, 11, 2472 10.1021/nl2009058
32. Wen, Z.; Wang, X.; Mao, S.; Bo, Z.; Kim, H.; Cui, S.; Lu, G.; Feng, X.; Chen, J. Adv. Mater. 2012, 24, 5610 10.1002/adma.201201920
33. Lin, T.; Chen, I.-W.; Liu, F.; Yang, C.; Bi, H.; Xu, F.; Huang, F. Science 2015, 350, 1508 10.1126/science.aab3798
34. Yang, L. J.; Jiang, S. J.; Zhao, Y.; Zhu, L.; Chen, S.; Wang, X. Z.; Wu, Q.; Ma, J.; Ma, Y. W.; Hu, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7132 10.1002/anie.201101287
35. Wang, D. W.; Li, F.; Chen, Z. G.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M. Chem. Mater. 2008, 20, 7195 10.1021/cm801729y
36. Wu, Z.-S.; Ren, W. C.; Xu, L.; Li, F.; Cheng, H. M. ACS Nano 2011, 5, 5463 10.1021/nn2006249
37. Wen, Y. Y.; Wang, B.; Huang, C. C.; Wang, L. Z.; Hulicova-Jurcakova, D. Chem.-Eur. J. 2015, 21, 80 10.1002/chem.201404779
38. Hulicova-Jurcakova, D.; Puziy, A. M.; Poddubnaya, O. I.; Suarez-Garcia, F.; Tascon, J. M. D.; Lu, G. Q. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5026 10.1021/ja809265m
39. Huang, C. C.; Puziy, A. M.; Sun, T.; Poddubnaya, O. I.; Suarez-Garcia, F.; Tascon, J. M. D.; Hulicova-Jurcakova, D. Electrochim. Acta 2014, 137, 219 10.1016/j.electacta.2014.05.101
40. Deng, W. F.; Zhang, Y. J.; Yang, L.; Tan, Y. M.; Ma, M.; Xie, Q. J. RSC Adv. 2015, 5, 13046 10.1039/C4RA14820G
41. Zhang, J. L.; Jiang, M.; Xing, L. B.; Qin, K.; Liu, T. Z.; Zhou, J.; Si, W. J.; Cui, H. Y.; Zhuo, S. P. Chin. J. Chem. 2016, 34, 46 10.1002/cjoc.201500656
42. Chen, X.; Chen, X. H.; Xu, X.; Yang, Z.; Liu, Z.; Zhang, L. J.; Xu, X. J.; Chen, Y.; Huang, S. M. Nanoscale 2014, 6, 13740 10.1039/C4NR04783D
43. Hulicova-Jurcakova, D.; Seredych, M.; Lu, G. Q.; Bandosz, T. J. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 438 10.1002/adfm.200801236
44. Ai, W.; Luo, Z.; Jiang, J.; Zhu, J.; Du, Z.; Fan, Z.; Xie, L.; Zhang, H.; Huang, W.; Yu, T. Adv. Mater. 2014, 26, 6186 10.1002/adma.201401427
45. Wu, Z.-S.; Winter, A.; Chen, L.; Sun, Y.; Turchanin, A.; Feng, X. L.; Müllen, K. Adv. Mater. 2012, 24, 5130 10.1002/adma.201201948
46. Jeon, I.-Y.; Zhang, S.; Zhang, L.; Choi, H.-J.; Seo, J.-M.; Xia, Z.; Dai, L.; Baek, J.-B. Adv. Mater. 2013, 25, 6138 10.1002/adma.201302753
47. Yang, Z.; Yao, Z.; Li, G. F.; Fang, G. Y.; Nie, H. G.; Liu, Z.; Zhou, X. M.; Chen, X.; Huang, S. M. ACS Nano 2012, 6, 205 10.1021/nn203393d
48. Higgins, D.; Hoque, M. A.; Seo, M. H.; Wang, R. Y.; Hassan, F.; Choi, J. Y.; Pritzker, M.; Yu, A. P.; Zhang, J. J.; Chen, Z. W. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 4325 10.1002/adfm.201400161
49. Zhi, L. J.; Müllen, K. J. Mater. Chem. 2008, 18, 1472 10.1039/b717585j
50. Li, X.; Song, Q.; Hao, L.; Zhi, L. Small 2014, 10, 2122 10.1002/smll.201303717
51. Wu, Z.-S.; Parvez, K.; Winter, A.; Vieker, H.; Liu, X.; Han, S.; Turchanin, A.; Feng, X.; Müllen, K. Adv. Mater. 2014, 26, 4552 10.1002/adma.201401228
52. Peng, Z. W.; Ye, R. Q.; Mann, J. A.; Zakhidov, D.; Li, Y. L.; Smalley, P. R.; Lin, J.; Tour, J. M. ACS Nano 2015, 9, 5868 10.1021/acsnano.5b00436
53. Tan, Y. Z.; Osella, S.; Liu, Y.; Yang, B.; Beljonne, D.; Feng, X. L.; Mullen, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 2927 10.1002/anie.201409932
54. Tan, Y. Z.; Yang, B.; Parvez, K.; Narita, A.; Osella, S.; Beljonne, D.; Feng, X.; Müllen, K. Nat. Commun. 2013, 4, 2646 10.1038/ncomms3646
55. Vance, A. L.; Willey, T. M.; Nelson, A. J.; van Buuren, T.; Bostedt, C.; Terminello, L. J.; Fox, G. A.; Engelhard, M.; Baer, D. Langmuir 2002, 18, 8123 10.1021/la025631g
56. Yao, Y. X.; Fu, Q.; Zhang, Y. Y.; Weng, X. F.; Li, H.; Chen, M. S.; Jin, L.; Dong, A. Y.; Mu, R. T.; Jiang, P.; Liu, L.; Bluhm, H.; Liu, Z.; Zhang, S. B.; Bao, X. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014, 111, 17023 10.1073/pnas.1416368111
57. Deng, D.; Novoselov, K. S.; Fu, Q.; Zheng, N.; Tian, Z.; Bao, X. Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 218 10.1038/nnano.2015.340
58. Wang, P.-I.; Pisula, W.; Mullen, K.; Liaw, D.-J. Polym. Chem. 2016, 7, 6211 10.1039/C6PY01330A
59. Maghsoumi, A.; Narita, A.; Dong, R. H.; Feng, X. L.; Castiglioni, C.; Mullen, K.; Tommasini, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 11869 10.1039/C5CP07755A
60. Tucek, J.; Blonski, P.; Sofer, Z.; Simek, P.; Petr, M.; Pumera, M.; Otyepka, M.; Zboril, R. Adv. Mater. 2016, 28, 5045 10.1002/adma.201600939
61. Ma, Z.; Dou, S.; Shen, A.; Tao, L.; Dai, L.; Wang, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 1888 10.1002/anie.201410258
62. Sheng, K. X.; Sun, Y. Q.; Li, C.; Yuan, W. J.; Shi, G. Q. Sci. Rep. 2012, 2, 247 10.1038/srep00247
63. Ghosh, A.; Le, V. T.; Bae, J. J.; Lee, Y. H. Sci. Rep. 2013, 3, 2939 10.1038/srep02939
64. Miller, J. R.; Outlaw, R. A.; Holloway, B. C. Science 2010, 329, 1637 10.1126/science.1194372
65. Yang, X. W.; Cheng, C.; Wang, Y. F.; Qiu, L.; Li, D. Science 2013, 341, 534 10.1126/science.1239089
66. Wu, Z.-S.; Liu, Z.; Parvez, K.; Feng, X.; Müllen, K. Adv. Mater. 2015, 27, 3669 10.1002/adma.201501208
67. Zhang, M.; Zhou, Q. Q.; Chen, J.; Yu, X. W.; Huang, L.; Li, Y. R.; Li, C.; Shi, G. Q. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 2005 10.1039/C6EE00615A
68. Gogotsi, Y.; Simon, P. Science 2012, 335, 167 10.1126/science.335.6065.167-a
69. El-Kady, M. F.; Strong, V.; Dubin, S.; Kaner, R. B. Science 2012, 335, 1326 10.1126/science.1216744