為滿足人們對柔性可穿戴電子產品日益增長的需求，迫切需要發展柔性全固態功率源或能量儲存裝置。要想實現這一目的，關鍵在于設計開發出兼具優異儲能和機械性質的電極材料。雜原子摻雜石墨烯以及2D層狀金屬硫化物(LMCs)納米結構的出現，為高性能電極材料的設計帶來了新的契機，但其儲能性能(能量密度、循環穩定性等)尚需進一步提高。能否將上述兩類材料有效“聯姻”或耦合，從而發展出高性能的電極材料，至今仍是材料科學和化學領域極具挑戰性的課題。

 

　　針對上述問題，王奇和韓敏課題組開展了合作研究，利用可控熱轉換油胺包裹的SnS2-SnS混相納米盤前驅物的策略，巧妙地將有機分子的碳化、摻雜、相轉換和自組裝等重要的物理化學過程集成于一體，首次成功實現了硫摻雜石墨烯(S-G)和SnS雜化納米片的原位合成與組裝，得到了新穎的3D多孔SnS/S-G 雜化納米建筑(HNAs，如圖1所示)。相比傳統合成策略，該方法具有簡單高效、重現性好、可規模化制備等優點，為延伸和拓展摻雜石墨烯材料在清潔能源、光電和傳感等重要技術領域的應用奠定了基礎。在三電極體系中以KOH溶液作為電解液，所得3D石墨烯復合材料質量比電容高達642 F g-1 (電流密度為1 A g-1)，遠高于近來報道的石墨烯復合物和其他電活性材料(如體相和納米級的SnS及其復合物、G-Mn3O4納米棒、G-CoS2、2D CoS1.07/N- C納米雜化體等)。

 

　　隨后，進一步研制出了柔性全固態超級電容器器件ASSSCs（如圖2所示），展現出優異的電化學儲能性能：面積比電容高達2.98 mF cm-2、優異的長程循環穩定性（99% for 10000 cycles）、優秀的柔性和機械穩定性(可反復折疊或彎折1000次以上而性能不變)，優于報道的石墨烯、2D SnSe2和SnSe以及3D GeSe2納米結構基柔性ASSSCs。

 

　　這項工作提出了原位集成和組裝2D納米結構單元來構建3D多孔雜化納米建筑或骨架材料的新策略，且具備規模化制備的前景，為今后理性設計高性能的雜化電極材料，發展柔性功率源或能量儲存裝置鋪墊了道路。此外，通過優化設計和組合，還有望延伸出其它類型的多功能3D多孔骨架材料，后續工作正在進行之中。

 

　　上述工作得到了國家自然科學基金、中科院合肥研究院院長基金特別支持項目的資助。