新闻网讯（通讯员 吴疆鄂）1月18日，《纳米能源》（Nano Energy，影响因子10.325）正式接收了化学与化工学院王帅教授团队的文章《基于金通过Å级孔道对α型二氧化锰掺杂的超高储能三维电极》（《Ultrahigh Capacitive Performance of Three-Dimensional Electrode Nanomaterials Based on α-MnO2 Nanocrystallines Induced by Doping Au through Å-Scale Channels》）。
王帅教授团队近期在国际材料化学领域顶级期刊发表多篇高水平文章，在高质量大面积单层石墨烯制备及柔性器件领域取得最新研究成果。先后在《先进材料》（Advanced Materials，影响因子17.493）发表两篇高水平论文，《氧化性刻蚀辅助法生长厘米级单晶石墨烯》（《Oxidative Etching Assisted Synthesis of Centimeter-sized Single Crystalline Graphene》 Adv. Mater., 2016, DOI:），《有机薄膜场效应晶体管用的高迁移率DPP共聚高分子》(《High-Mobility Diketopyrrolopyrrole-Based π-Conjugated Copolymers for Organic Thin-Film Transistors》Adv. Mater. 2015, 27, 3589-3606）；在《ACS纳米》（影响因子12.881）发表论文《生长石墨烯中晶界的动力学形成规则》（《Governing Rule for Dynamic Formation of Grain Boundaries in Grown Graphene》ACS Nano, 2015, 9, 5792-5798）；在《纳米快报》（影响因子13.592）发表论文《基于氮掺杂碳纳米管/金掺杂二氧化锰的超快全固态薄膜超级电容器》（《Solid-State Thin-Film Supercapacitors with Ultrafast Charge/Discharge Based on N-Doped-Carbon-Tubes/Au-Nanoparticles-Doped-MnO2 Nanocomposites》Nano Lett., 2015, DOI:10.1021/acs.nanolett.5b02489）。
用化学气相沉积法制备高质量石墨烯薄膜，是实现其高迁移率和导电性能，在光电子器件领域中应用的前提。目前，制备的主要问题集中于降低成核密度，提高石墨烯单晶晶粒尺寸，减少石墨烯晶界的形成，保证石墨烯较高的电学传输性能。已报道的降低成核密度的方法均不适用于规模化的工业生产，王帅教授团队通过氧化性刻蚀辅助法，在无需任何复杂前处理工艺的条件下，成功实现了厘米级单晶石墨烯的制备。通过调节生长气氛中微量的氧化性杂质（水蒸气，氧气）控制石墨烯的成核密度和生长速率。团队通过改进化学气相沉积设备，在气路中加入干燥装置以除去大多数水蒸气杂质，通过调控氧气浓度，实现对石墨烯成核点和生长速率的精确调控。
此外，通过对聚合物主链及侧链的修饰、以及金属和非金属对碳管进行掺杂，提高材料的光物理性质、分子堆积及其器件性能，开发出了大面积、全柔韧性、高性能场效应晶体管器件和超级电容器。如在碳布基底上组装氮掺杂碳管/金掺杂二氧化锰的三维中空纳米复合电极，并以此电极分别组装成对称和非对称（多孔三氧化二铁纳米柱作为负极）的全固态薄膜超级电容器，充分利用纳米材料的多方面优势加速电子在活性材料中的传递，进而实现超级电容器的快速充电。
课题组吕其英博士另辟蹊径，采用电沉积方法在氧化锌纳米柱上生长金掺杂α-型二氧化锰纳米复合膜，首次解决了α-型二氧化锰导电性差的缺点，为实现α-型二氧化锰在超级电容器中应用提供了重要的理论依据和设计方向。该研究工作是采用电沉积方法在氧化锌纳米柱上生长金掺杂α-二氧化锰纳米复合膜，得到电化学性能优异的三维纳米复合材料，通过理论计算进一步验证了该方法能使金原子巧妙地掺杂进入α-二氧化锰的晶格，从本质上提高了α-型二氧化锰的导电性。该方法简单易控，可操作性强，且可以推广到更为广泛的储能研究领域，比如锂离子电池、燃料电池等。
据了解，该研究团队的研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、教育部、湖北省科技厅和学校的支持。目前团队正通过进一步优化电极材料，更大程度地提高超级电容器的能量密度和超快充电能力，探索其在能量存储与转换领域的应用。
