通过创新的 毛细管缝隙自组装方法 构筑有序石墨烯层状膜，实现了超高面积比电容和卓越循环稳定性，展示了其作为高性能超电容电极材料的巨大潜力。
导读
在柔性电子、微型能源存储与智能纺织等领域，高面积比电容材料是核心竞争力指标之一。传统石墨烯膜往往因堆叠无序、活性位点不足而性能受限。本研究提出一种新颖的自组装策略，不仅显著提高了电极材料的电荷存储能力，还兼具优异的循环寿命和稳定性。
正文简介
在高性能超级电容器与微型储能器件中，面积比电容（areal capacitance） 是衡量电极材料实用价值的关键指标。然而，传统石墨烯薄膜在实际应用中往往面临层间无序堆叠、离子扩散受限和活性位点利用率不足等问题，导致其储能性能难以充分释放。针对这一瓶颈，该研究提出了一种全新的结构调控思路——毛细管缝隙诱导自组装策略，实现了高有序石墨烯层状膜的可控制备，为提升面积能量存储性能提供了新路径。
毛细管缝隙诱导自组装策略
研究团队将酸处理氧化石墨烯（ATGO）与商业石墨烯（CG）混合分散，并引入毛细管缝隙结构。在溶剂缓慢蒸发过程中，毛细力驱动石墨烯片层沿缝隙方向高度取向排列，同时通过 π–π 相互作用与静电作用实现稳定堆叠，最终形成结构规整、层间紧密的石墨烯层状膜（S-ATrGO/CG）。
这一方法避免了传统真空抽滤或涂覆过程中产生的随机堆积问题，实现了从微观结构到宏观膜形态的协同调控。
图1 狭缝蒸发自组装法和传统涂覆法制备石墨烯电极的示意图。插图显示了狭缝模具的接触角。CG：商用石墨烯；ATGO：酸处理氧化石墨烯；S-ATrGO：硫酸处理还原氧化石墨烯；NS：无狭缝。
结构优势：有序层状 + 快速传输
结构表征结果显示，毛细管缝隙诱导形成的石墨烯膜具有：
- 更清晰的层状取向结构
- 更短的离子扩散路径
- 更连续的电子传输网络
相比非缝隙法制备的石墨烯膜（NS-ATrGO/CG），该结构显著降低了界面阻抗，有利于电解质离子在层间的快速嵌入/脱嵌过程。
电化学性能表现
得益于结构与界面协同优化，该石墨烯层状膜在超级电容器中表现出卓越性能：
- 超高面积比电容：在 5 mV s-1 下达到 1,589.78 mF cm-2
- 优异倍率性能：在高扫描速率下仍保持稳定电容输出
- 高库仑效率与低极化行为
这些结果表明，毛细管缝隙诱导结构显著提升了石墨烯电极对电荷的存储与释放效率。
长循环稳定性验证
在长达 20,000 次充放电循环 后，该电极的电容保持率仍高达 99.80%，显示出极佳的结构稳定性和电化学耐久性。这一性能对于实际储能器件的长期运行具有重要意义。
结论与展望
本研究成功实现了“废物 → 合成 → 高本研究通过提出毛细管缝隙诱导自组装策略，成功构筑了高度有序的石墨烯层状膜结构，有效缓解了传统石墨烯电极中层间无序堆叠和离子传输受限等问题。得益于优化的层状取向与连续导电网络，该电极在超级电容器中表现出优异的面积比电容、倍率性能及长期循环稳定性，凸显了结构调控在提升二维碳材料储能性能中的重要作用。展望未来，该策略具有良好的通用性与可拓展性，有望推广至其他二维材料及复合电极体系，并通过进一步调控结构参数实现对离子传输与能量存储行为的精细调控，为高性能、柔性及微型化储能器件的设计与应用提供新的思路。性能储能材料”的闭环方案，在推动低碳可持续技术路径方面具有示范意义。未来可进一步深入结构优化、异质掺杂、以及规模化工艺与器件化应用（如全电池装置）研发，推动该材料向实用化、产业化发展。
基金支持
本工作得到了大连市高层次人才创新支持计划（2024RY018）、中国科学技术协会青年人才托举工程（CAST，2022QNRC001）和辽宁省“兴辽英才计划”（XLYC2002070）的资助。
通讯作者
张晋，辽宁省大连交通大学近净成形轻金属关键实验室研究员。长期从事先进材料与电化学储能技术研究，尤其专注于高性能超级电容器电极材料的设计与界面工程。她在纳米材料结构调控、储能性能提升及机制研究方面有丰富经验，在国际期刊发表多篇高水平学术论文，并主持多项科研项目，为推动高效能量存储材料的开发与应用做出了重要贡献。
引用此文
Cui, H.; Fan, J.; Zhang, J. Capillary slit induced graphene laminate films towards enhanced areal capacitive energy storage. Energy Mater. 2026, 6, 600004. https://dx.doi.org/10.20517/energymater.2025.133
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