Three-Dimensional Graphene Aerogel Materials for Supercapacitors: Strategies and Mechanisms

Abstract

Graphene aerogels (GAs) exhibit exceptional potential in energy storage, particularly for high-capacity supercapacitors (SCs), owing to their unique three-dimensional (3D) porous structure, high conductivity, and mechanical stability. Despite limitations in electron transport and surface polarity, their performance can be enhanced through structural optimization and synthesis strategies. This review traces the evolution of GAs from 1931 to 2024, integrating historical development with recent breakthroughs. It analyzes the synergistic effects of synthesis methods (self-assembly, template-assisted) and drying techniques (freezing/supercritical/ambient-pressure drying), elucidating structure–performance relationships and electrochemical mechanisms. This review also details the current research status of GAs applied in double-layer capacitors and pseudocapacitors. It identifies existing issues and summarizes ways to improve performance. Additionally, the research prospects of AI-assisted and in situ dynamic characterization in the development of GAs are outlined. In conclusion, this review aims to further advance high-performance GA electrode materials for SC applications and to anticipate future technological trends, providing a basis and academic reference for researchers in the energy storage field.

Keywords

energy storage mechanism / graphene aerogels / supercapacitor / synthesis method

References

[1] X. Zhao, H. Askari, J. Chen, Aust. Dent. J. 2021, 5, 1391.

[2] S. Guenes, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, Chem. Rev. 2007, 107, 1324.

[3] J. Cao, C. Chen, Q. Zhao, N. Zhang, Q. Lu, X. Wang, Z. Niu, J. Chen, Adv. Mater. 2016, 28, 9629.

[4] X. Wang, C. Yang, X. Xiong, G. Chen, M. Huang, J.-H. Wang, Y. Liu, M. Liu, K. Huang, Energy Storage Mater. 2019, 16, 344.

[5] K. Dong, X. Peng, Z. L. Wang, Adv. Mater. 2020, 32, 1902549.

[6] W. Raza, F. Ali, N. Raza, Y. Luo, K.-H. Kim, J. Yang, S. Kumar, A. Mehmood, E. E. Kwon, Nano Energy 2018, 52, 441.

[7] Z. Yan, Z. Gao, Z. Zhang, C. Dai, W. Wei, P. K. Shen, Small 2021, 17, 2007915.

[8] B. Wu, Q. Qi, L. Liu, Y. Liu, J. Wang, ACS Nano 2024, 18, 9798.

[9] X. Zhang, J. Zhou, Y. Zheng, H. Wei, Z. Su, Chem. Eng. J. 2021, 420, 129700.

[10] S. Chandrasekaran, D. Lin, Y. Li, M. A. Worsley, Aust. Dent. J. 2023, 7, 866.

[11] X. Bi, Y. Shi, S. Ge, B. B. Xu, X. Li, X. He, R. Huang, Adv. Compos. Hybrid Mater. 2024, 7, 65.

[12] W. Yang, W. Yang, J. Zeng, Y. Chen, Y. Huang, J. Liu, J. Gan, T. Li, H. Zhang, L. Zhong, X. Peng, Prog. Mater. Sci. 2024, 144, 101264.

[13] S. Xiong, Y. Yang, S. Zhang, Y. Xiao, H. Ji, Z. Yang, F. Ding, ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 7280.

[14] Y. Lv, F. He, R. Ding, N. Wu, T. Liu, J. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 38185.

[15] S. Milovanovic, D. Markovic, I. Jankovic-Castvan, I. Lukic, Carbohydr. Polym. 2024, 331, 121874.

[16] Y. Zhao, T. Niu, X. Dong, Y. Yang, W. Zhai, J. Mater. Chem. A 2023, 11, 23452.

[17] B. Li, M. Chen, Y. Wu, B. Liu, G. Huang, Food Hydrocoll. 2024, 149, 109515.

[18] T. Zhang, D. Yu, F. Xu, Y. Kong, X. Shen, ACS Appl. Nano Mater. 2024, 7, 6326.

[19] D. Wang, T. Ping, Z. Du, Y. Liao, H. Gao, X. Gong, J. Rao, B. Wang, S. Wei, X. Liu, Y. Zhang, Nano Res. 2025, 18, 94907226.

[20] B. Gao, X. Feng, Y. Zhang, Z. Zhou, J. Wei, R. Qiao, F. Bi, N. Liu, X. Zhang, Chem. Eng. J. 2024, 484, 149604.

[21] S. S. Sonu, N. Rai, I. Chauhan, J. Sol-Gel Sci. Technol. 2023, 105, 324.

[22] M. O. Ansari, A. A. P. Khan, M. S. Ansari, A. Khan, R. M. Kulkarni, V. S. Bhamare, Advances in Aerogel Composites for Environmental Remediation, Elsevier, USA 2021.

[23] N. R. Khan, T. Sharmin, A. Bin Rashid, Heliyon 2024, 10, e23102.

[24] J. Mao, J. Iocozzia, J. Huang, K. Meng, Y. Lai, Z. Lin, Energy Environ. Sci. 2018, 11, 772.

[25] F. Sultanov, B. Tatykayev, Z. Bakenov, A. Mentbayeva, Adv. Colloid Interf. Sci. 2024, 331, 103249.

[26] J.-H. Lee, S.-J. Park, Carbon 2020,

[27] S. Wang, X. Zhang, S. Hao, J. Qiao, Z. Wang, L. Wu, J. Liu, F. Wang, Nano-Micro Lett. 2024, 16, 16.

[28] D. Kuruahmet, A. Guler, S. Yildirim, M. M. Singil, H. Gungor, E. Uzun, E. Alkan, M. O. Guler, H. Akbulut, J. Energy Storage 2024, 88, 111479.

[29] N. Luo, Y.-y. Zhang, H. Zhang, T.-l. Liu, Y. Wang, F. Chen, Q. Fu, J. Mater. Chem. A 2024, 12, 10359.

[30] R. Xing, X. Gong, Z. Gao, J. Yang, K. Zhang, Y. Li, X. Ge, G. Pan, L. Jia, H. Xie, S. Xiong, Langmuir 2024, 40, 11571.

[31] K. A. A. A. Elsehsah, Z. A. Noorden, N. M. Saman, J. Energy Storage 2024, 97, 112788.

[32] S. S. Kistler, Nature 1931, 127, 741.

[33] S. S. Kistler, J. Phys. Chem. 1932, 36, 52.

[34] J. B. Peri, J. Phys. Chem. 1966, 70, 2937.

[35] S. J. Teichner, G. A. Nicolaon, M. A. Vicarini, G. E. E. Gardes, Adv. Colloid Interf. Sci. 1976, 5, 245.

[36] R. W. Pekala, J. Mater. Sci. 1989, 24, 3221.

[37] D. A. Lindquist, T. T. Borek, S. J. Kramer, C. K. Narula, G. Johnston, R. Schaeffer, D. M. Smith, R. T. Paine, J. Am. Ceram. Soc. 1990, 73, 757.

[38] Y. Hanzawa, K. Kaneko, R. W. Pekala, M. S. Dresselhaus, Langmuir 1996, 12, 6167.

[39] M. B. Bryning, M. F. Islam, J. M. Kikkawa, A. G. Yodh, Adv. Mater. 2005, 17, 1186.

[40] D. Long, J. Zhang, J. Yang, Z. Hu, G. Cheng, X. Liu, R. Zhang, L. Zhan, W. Qiao, L. Ling, Carbon 2008, 46, 1259.

[41] M. A. Worsley, P. J. Pauzauskie, T. Y. Olson, J. Biener, J. H. Satcher, T. F. Baumann, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14067.

[42] J. Biener, M. Stadermann, M. Suss, M. A. Worsley, M. M. Biener, K. A. Rose, T. F. Baumann, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 656.

[43] P. J. Pauzauskie, J. C. Crowhurst, M. A. Worsley, T. A. Laurence, A. L. D. Kilcoyne, Y. Wang, T. M. Willey, K. S. Visbeck, S. C. Fakra, W. J. Evans, J. M. Zaug, J. H. Satcher, Proc. Natl Acad. Sci. USA 2011, 108, 8550.

[44] X. Wu, J. Zhou, W. Xing, G. Wang, H. Cui, S. Zhuo, Q. Xue, Z. Yan, S. Z. Qiao, J. Mater. Chem. 2012, 22, 186.

[45] K. Gao, Z. Shao, J. Li, X. Wang, X. Peng, W. Wang, F. Wang, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 63.

[46] Y. Tang, K. L. Yeo, Y. Chen, L. W. Yap, W. Xiong, W. Cheng, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 6723.

[47] M. Chen, H. Wang, L. Li, Z. Zhang, C. Wang, Y. Liu, W. Wang, J. Gao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 14327.

[48] Z. Yu, M. McInnis, J. Calderon, S. Seal, L. Zhai, J. Thomas, Nano Energy 2015, 11, 611.

[49] C. Zhu, T. Liu, F. Qian, T. Y.-J. Han, E. B. Duoss, J. D. Kuntz, C. M. Spadaccini, M. A. Worsley, Y. Li, Nano Lett. 2016, 16, 3448.

[50] X. Gao, H. Lv, Z. Li, Q. Xu, H. Liu, Y. Wang, Y. Xia, RSC Adv. 2016, 6, 107278.

[51] W. Xia, C. Qu, Z. Liang, B. Zhao, S. Dai, B. Qiu, Y. Jiao, Q. Zhang, X. Huang, W. Guo, D. Dang, R. Zou, D. Xia, Q. Xu, M. Liu, Nano Lett. 2017, 17, 2788.

[52] L. Manjakkal, C. G. Núñez, W. Dang, R. Dahiya, Nano Energy 2018, 51, 604.

[53] W. Li, M. C. Tekell, C. Liu, J. A. Hethcock, D. Fan, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800601.

[54] B. Yao, S. Chandrasekaran, J. Zhang, W. Xiao, F. Qian, C. Zhu, E. B. Duoss, C. M. Spadaccini, M. A. Worsley, Y. Li, Aust. Dent. J. 2019, 3, 459.

[55] C. Li, J. Yang, P. Pachfule, S. Li, M.-Y. Ye, J. Schmidt, A. Thomas, Nat. Commun. 2020, 11, 4712.

[56] J. Zheng, X. Pan, X. Huang, D. Xiong, Y. Shang, X. Li, N. Wang, W.-M. Lau, H. Y. Yang, Chem. Eng. J. 2020, 396, 125197.

[57] T. Xu, D. Yang, S. Zhang, T. Zhao, M. Zhang, Z.-Z. Yu, Carbon 2021, 171, 201.

[58] R. Chen, X. Li, Q. Huang, H. Ling, Y. Yang, X. Wang, Chem. Eng. J. 2021, 412, 128755.

[59] X. Liu, Z. Lu, X. Huang, J. Bai, C. Li, C. Tu, X. Chen, J. Power Sources 2021, 516, 230682.

[60] H. Liu, T. Xu, Q. Liang, Q. Zhao, D. Zhao, C. Si, Adv. Compos. Hybrid Mater. 2022, 5, 1168.

[61] Z. Peng, C. Yu, W. Zhong, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 17739.

[62] Y. Jiang, Z. Zhang, D. Chen, J. Du, Y. Yang, S. Wang, F. Guo, X. Chen, C. Gao, W.-J. Wang, P. Liu, Adv. Mater. 2022, 34, 2204250.

[63] H. Guo, A. Zhang, H. Fu, H. Zong, F. Jin, K. Zhao, J. Liu, Chem. Eng. J. 2023, 453, 139633.

[64] Z. Lu, X. Liu, T. Wang, X. Huang, J. Dou, D. Wu, J. Yu, S. Wu, X. Chen, J. Colloid Interface Sci. 2023, 638, 709.

[65] Y. Jiang, Z. Shen, Z. Liu, H. Gong, B. Chen, Y. Su, J. Zhou, X. Fei, Y. Li, J. Colloid Interface Sci. 2025, 683, 786.

[66] J.-J. Shao, W. Lv, Q.-H. Yang, Adv. Mater. 2014, 26, 5586.

[67] H. Bai, C. Li, X. Wang, G. Shi, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5545.

[68] Y. X. Xu, K. X. Sheng, C. Li, G. Q. Shi, ACS Nano 2010, 4, 4324.

[69] Z. Niu, L. Liu, L. Zhang, Q. Shao, W. Zhou, X. Chen, S. Xie, Adv. Mater. 2014, 26, 3681.

[70] P. Kumar, M. Q. Khan, R. A. Khan, K. Ahmad, H. Kim, Inorganics 2022, 10, 219.

[71] J. Xu, R. Shu, Z. Wan, J. Shi, J. Mater. Sci. Technol. 2023, 132, 193.

[72] Y. Wu, Y. Zhao, M. Zhou, S. Tan, R. Peymanfar, B. Aslibeiki, G. Ji, Nano-Micro Lett. 2022, 14, 171.

[73] K. Chen, L. Chen, Y. Chen, H. Bai, L. Li, J. Mater. Chem. 2012, 22, 20968.

[74] K. Sheng, Y. Sun, C. Li, W. Yuan, G. Shi, Sci. Rep. 2012, 2, 247.

[75] Y. Qin, Q. Peng, Y. Ding, Z. Lin, C. Wang, Y. Li, F. Xu, J. Li, Y. Yuan, X. He, Y. Li, ACS Nano 2015, 9, 8933.

[76] R. Shadkam, M. Naderi, A. Ghazitabar, A. Asghari-Alamdari, S. Shateri, Ceram. Int. 2020, 46, 22197.

[77] T. T. P. N. X. Trinh, D. M. Nguyet, T. H. Quan, T. N. M. Anh, D. B. Thinh, L. T. Tai, N. T. Lan, D. N. Trinh, N. M. Dat, H. M. Nam, M. T. Phong, N. H. Hieu, Surf. Interface. 2021, 23, 101023.

[78] H.-P. Cong, X.-C. Ren, P. Wang, S.-H. Yu, ACS Nano 2012, 6, 2693.

[79] S. Bi, L. Zhang, C. Mu, H. Y. Lee, J. W. Cheah, E. K. Chua, K. Y. See, M. Liu, X. Hu, J. Colloid Interface Sci. 2017, 492, 112.

[80] H. Hu, Z. B. Zhao, W. B. Wan, Y. Gogotsi, J. S. Qiu, Adv. Mater. 2013, 25, 2219.

[81] X. Jiang, Y. Ma, J. Li, Q. Fan, W. Huang, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 22462.

[82] X. Wang, L. L. Lu, Z. L. Yu, X. W. Xu, Y. R. Zheng, S. H. Yu, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2397.

[83] Y. Xu, Q. Wu, Y. Sun, H. Bai, G. Shi, ACS Nano 2010, 4, 7358.

[84] P. M. Sudeep, T. N. Narayanan, A. Ganesan, M. M. Shaijumon, H. Yang, S. Ozden, P. K. Patra, M. Pasquali, R. Vajtai, S. Ganguli, A. K. Roy, M. R. Anantharaman, P. M. Ajayan, ACS Nano 2013, 7, 7034.

[85] J.-Y. Hong, B. M. Bak, J. J. Wie, J. Kong, H. S. Park, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1053.

[86] Y. Qin, Y. Zhang, N. Qi, Q. Wang, X. Zhang, Y. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 10409.

[87] K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J.-H. Ahn, P. Kim, J.-Y. Choi, B. H. Hong, Nature 2009, 457, 706.

[88] Z. Chen, W. Ren, L. Gao, B. Liu, S. Pei, H.-M. Cheng, Nat. Mater. 2011, 10, 424.

[89] Y. Guo, Y. Duan, X. Liu, J. Tian, N. Wen, Z. Fan, L. Pan, Carbon 2024, 230, 119591.

[90] Z. Luo, X. Wang, D. Yang, S. Zhang, T. Zhao, L. Qin, Z.-Z. Yu, J. Colloid Interface Sci. 2020, 570, 61.

[91] D. Jiang, S. Tian, H. Li, Z. Du, T. Liu, D. Yan, L. Zhou, S. Bai, X. Qiang, Carbon 2024, 219, 118788.

[92] X. You, H. Ouyang, R. Deng, Q. Zhang, Z. Xing, X. Chen, Q. Shan, J. Yang, S. Dong, Nano-Micro Lett. 2024, 17, 47.

[93] B. Shen, Y. Li, W. Zhai, W. Zheng, ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 8050.

[94] X. Zhang, G. Yang, L. Zong, M. Jiang, Z. Song, C. Ma, T. Zhang, Y. Duan, J. Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 1378.

[95] Y. Zhuang, X. Wang, L. Zhang, D. D. Dionysiou, B. Shi, Environ. Sci. Nano 2019, 6, 3232.

[96] C. Li, D. Jiang, H. Liang, B. Huo, C. Liu, W. Yang, J. Liu, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1 704 674.

[97] X. Huang, K. Qian, J. Yang, J. Zhang, L. Li, C. Yu, D. Zhao, Adv. Mater. 2012, 24, 4419.

[98] S. Wang, Y. Luo, Y. Fan, A. Ali, Z. Liu, P. K. Shen, J. Electroanal. Chem. 2022, 909, 116099.

[99] X. Zhang, T. Zhang, Z. Wang, Z. Ren, S. Yan, Y. Duan, J. Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 1303.

[100] G. Yang, X. Zhang, R. Wang, X. Liu, J. Zhang, L. Zong, H. Yang, Mater. Horiz. 2023, 10, 1865.

[101] Y. Zong, Y. Fan, Z. Chen, X. Ouyang, Y. Liu, S. Zhou, J. Mei, K. Niu, Carbon 2024, 227, 119269.

[102] C. Yang, X. Zhu, X. Wang, J. Wang, H. Huang, Appl. Phys. Lett. 2019, 115, 111901.

[103] S. Zhang, M. Li, Z. Miao, Y. Zhao, Y. Song, J. Yu, Z. Wu, J. Li, W. Wang, Y. Li, L. Li, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2022, 159, 107005.

[104] K. Ghosh, C. Y. Yue, M. M. Sk, R. K. Jena, S. Bi, Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 280.

[105] Y. Wang, D. Kong, W. Shi, B. Liu, G. J. Sim, Q. Ge, H. Y. Yang, Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1601057.

[106] R. D. Farahani, M. Dubé, D. Therriault, Adv. Mater. 2016, 28, 5794.

[107] X. Tang, H. Zhou, Z. Cai, D. Cheng, P. He, P. Xie, D. Zhang, T. Fan, ACS Nano 2018, 12, 3502.

[108] C. Zhang, C. Song, Y. Ma, L. Chen, Y. Niu, L. Zhao, P. Li, Y. Zhang, Z. Yang, Chem. Eng. J. 2024, 500, 157014.

[109] B. Yao, S. Chandrasekaran, H. Zhang, A. Ma, J. Kang, L. Zhang, X. Lu, F. Qian, C. Zhu, E. B. Duoss, C. M. Spadaccini, M. A. Worsley, Y. Li, Adv. Mater. 2020, 32, 1906652.

[110] K. Pang, X. Song, Z. Xu, X. Liu, Y. Liu, L. Zhong, Y. Peng, J. Wang, J. Zhou, F. Meng, J. Wang, C. Gao, Sci. Adv. 2020, 6, eabd4045.

[111] X. Zhang, Q. Zheng, Y. Chen, Q. Fan, H. Li, H. Liu, Z. Chen, Y. Li, H. Pan, X. Jiang, S. Zhu, Compos. Sci. Technol. 2024, 250, 110532.

[112] Y. Wu, M. Gong, M.-C. Lin, C. Yuan, M. Angell, L. Huang, D.-Y. Wang, X. Zhang, J. Yang, B.-J. Hwang, H. Dai, Adv. Mater. 2016, 28, 9218.

[113] Z. Niu, J. Chen, H. H. Hng, J. Ma, X. Chen, Adv. Mater. 2012, 24, 4144.

[114] F. Liu, S. Chung, G. Oh, T. S. Seo, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 922.

[115] A. Abidli, Z. Ben Rejeb, A. Zaoui, H. E. Naguib, C. B. Park, Adv. Colloid Interf. Sci. 2025, 335, 103338.

[116] X.-N. Tang, C.-Z. Liu, X.-R. Chen, Y.-Q. Deng, X.-H. Chen, J.-J. Shao, Q.-H. Yang, Carbon 2019, 146, 147.

[117] Y. Zhou, X. Hu, S. Guo, C. Yu, S. Zhong, X. Liu, Electrochim. Acta 2018, 264, 12.

[118] J. Jiang, W. Zhou, W. Li, Z. Huang, M. Zhang, J. Jin, J. Xie, Chem. Eng. J. 2024, 496, 154123.

[119] D. Jiang, J. Zhang, S. Qin, Z. Wang, K. A. S. Usman, D. Hegh, J. Liu, W. Lei, J. M. Razal, ACS Nano 2021, 15, 5000.

[120] S. Fu, D. Qiao, Y. Luo, Z. Jiao, L. Cheng, ACS Appl. Nano Mater. 2023, 6, 6312.

[121] X. Zhang, Z. Sui, B. Xu, S. Yue, Y. Luo, W. Zhan, B. Liu, J. Mater. Chem. 2011, 21, 6494.

[122] J. Xie, L. Niu, Y. Qiao, P. Chen, D. Rittel, Mater. Des. 2022, 221, 110912.

[123] S. Wang, Y. Niu, C. Wang, F. Wang, Z. Zhu, H. Sun, W. Liang, A. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 42803.

[124] J. Yu, M. Guo, F. Muhammad, A. Wang, F. Zhang, Q. Li, G. Zhu, Carbon 2014, 69, 502.

[125] Q. Peng, H. Zhao, L. Qian, Y. Wang, G. Zhao, Appl. Catal. B-Environ. 2015, 174–175, 157.

[126] C. Huang, Y. Wang, Y. Cheng, Z. Qi, A. Liu, Q. Deng, N. Hu, Compos. Sci. Technol. 2022, 226, 109549.

[127] Q. Meng, H. Wan, W. Zhu, T. Duan, W. Yao, ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6, 1172.

[128] S. P. Lee, G. A. M. Ali, H. H. Hegazy, H. N. Lim, K. F. Chong, Energy Fuel 2021, 35, 4559.

[129] N. Cao, Q. Lyu, J. Li, Y. Wang, B. Yang, S. Szunerits, R. Boukherroub, Chem. Eng. J. 2017, 326, 17.

[130] A. Alazmi, O. El Tall, S. Rasul, M. N. Hedhili, S. P. Patole, P. M. F. J. Costa, Nanoscale 2016, 8, 17782.

[131] H. Yin, C. Zhang, F. Liu, Y. Hou, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 2929.

[132] X. Gong, Y. Wang, K. Yao, J. Yang, Y. Li, X. Ge, H. Xie, G. Pan, R. Xing, ACS Appl. Nano Mater. 2023, 6, 4162.

[133] C. Lai, Y. Guo, H. Zhao, H. Song, X. Qu, M. Huang, S. W. Hong, K. Lee, Adv. Compos. Hybrid Mater. 2022, 5, 2557.

[134] T. Yao, X. Guo, S. Qin, F. Xia, Q. Li, Y. Li, Q. Chen, J. Li, D. He, Nano-Micro Lett. 2017, 9, 38.

[135] L. Sun, X. Su, Y. Chen, K. Zhuo, H. Li, D. Sun, J. Wang, Chem. Eng. J. 2023, 476, 146731.

[136] S. Park, S. H. Choi, J. M. Kim, S. Ji, S. Kang, S. Yim, S. Myung, S. K. Kim, S. S. Lee, K.-S. An, Small 2024, 20, 2305311.

[137] H.-g. Wang, Q. Wu, Y. Wang, X. Wang, L. Wu, S. Song, H. Zhang, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1802993.

[138] D. W. Kim, S. M. Jung, H. Y. Jung, J. Power Sources 2020, 448, 227422.

[139] T. Yang, H. Lin, X. Zheng, K. P. Loh, B. Jia, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 16537.

[140] Y. Liang, F. Liu, Y. Deng, Q. Zhou, Z. Cheng, P. Zhang, Y. Xiao, L. Lv, H. Liang, Q. Han, H. Shao, L. Qu, Small 2018, 14, 1801916.

[141] D. Pan, C. Wang, X. Wang, ACS Nano 2018, 12, 11491.

[142] J. Bai, A. Zhou, Z. Huang, J. Wu, H. Bai, L. Li, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 22687.

[143] M. H. Zeb, B. Shabbir, R. U. R. Sagar, N. Mahmood, K. Chen, I. Qasim, M. I. Malik, W. Yu, M. M. Hossain, Z. Dai, Q. Ou, M. A. Bhat, B. N. Shivananju, Y. Li, X. Tang, K. Qi, A. Younis, Q. Khan, Y. Zhang, Q. Bao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 19397.

[144] Y. Luo, K. Li, Y. Chen, J. Feng, L. Wang, Y. Jiang, L. Li, G. Yu, J. Feng, Adv. Mater. 2023, 35, 2300624.

[145] W. Tong, C. Zhang, G. Zhang, K. Pang, H. Qin, Y. Liu, Adv. Mater. 2025, 37, 2414410.

[146] Y. J. Kim, H. J. Kang, C. T. Moerk, B.-T. Lee, J. S. Choi, J.-H. Yim, Sensor Actuat B-chem 2021, 344, 130269.

[147] L. Yang, Y. Liu, C. D. M. Filipe, D. Ljubic, Y. Luo, H. Zhu, J. Yan, S. Zhu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 4318.

[148] W. Zhang, S. Liu, X. Liang, J. He, Y. Lu, Q. Wu, Carbon 2025, 236, 120105.

[149] M. Wu, H. Geng, Y. Hu, H. Ma, C. Yang, H. Chen, Y. Wen, H. Cheng, C. Li, F. Liu, L. Jiang, L. Qu, Nat. Commun. 2022, 13, 4561.

[150] L. Xu, S. Jiang, B. Li, W. Hou, G. Li, M. A. Memon, Y. Huang, J. Geng, Chem. Mater. 2015, 27, 4358.

[151] X. Xu, C. Guan, L. Xu, Y. H. Tan, D. Zhang, Y. Wang, H. Zhang, D. J. Blackwood, J. Wang, M. Li, J. Ding, ACS Nano 2020, 14, 937.

[152] J. Li, W. Li, W. Huang, G. Zhang, R. Sun, C.-P. Wong, J. Mater. Chem. C 2017, 5, 2723.

[153] J. Lee, H. Han, D. Noh, J. Lee, D. D. Lim, J. Park, G. X. Gu, W. Choi, Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2405625.

[154] A. Karimi, I. Kazeminezhad, L. Naderi, S. Shahrokhian, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 4393.

[155] Y. Liu, Q. Shi, C. Hou, Q. Zhang, Y. Li, H. Wang, Carbon 2017, 125, 352.

[156] K. M. Yocham, C. Scott, K. Fujimoto, R. Brown, E. Tanasse, J. T. Oxford, T. J. Lujan, D. Estrada, Adv. Eng. Mater. 2018, 20, 1800166.

[157] L. Zhang, L. Feng, X. Gu, C. Zhang, J. Appl. Polym. Sci. 2021, 138, 50788.

[158] X. Ge, Y. Shan, L. Wu, X. Mu, H. Peng, Y. Jiang, Carbohydr. Polym. 2018, 197, 277.

[159] J. Li, C. Sui, C. Zhao, G. Cheng, Z. Zang, L. Wen, Y. Sang, Y. Zhou, Y. Zhao, X. Yan, X. He, C. Wang, Chem. Eng. J. 2024, 496, 153928.

[160] M. Yang, N. Zhao, Y. Cui, W. Gao, Q. Zhao, C. Gao, H. Bai, T. Xie, ACS Nano 2017, 11, 6817.

[161] M. Jalaly, R. Hosseini, A. Bakhshi, M. Chehelamirani, J. Alloys Compd. 2022, 902, 163718.

[162] Y. Zhao, H. Qi, X. Dong, Y. Yang, W. Zhai, ACS Nano 2023, 17, 15615.

[163] Z. Chen, Y. Yang, T. Lv, Y. Liu, Y. Qi, K. Dong, S. Cao, T. Chen, J. Mater. Chem. A 2023, 11, 14187.

[164] W. Zhang, C. Xu, C. Ma, G. Li, Y. Wang, K. Zhang, F. Li, C. Liu, H.-M. Cheng, Y. Du, N. Tang, W. Ren, Adv. Mater. 2017, 29, 1701677.

[165] Y. Zhang, J. Xu, S. Lu, H. Li, T. Yonar, Q. Hua, T. Liu, Y. Zhang, Adv. Compos. Hybrid Mater. 2025, 8, 108.

[166] H. Zong, A. Zhang, J. Dong, Y. He, H. Fu, H. Guo, F. Liu, J. Xu, J. Liu, Chem. Eng. J. 2023, 475, 146088.

[167] M. A. Saghafizadeh, A. M. Zardkhoshoui, S. S. Hosseiny Davarani, Chem. Eng. J. 2025, 508, 160817.

[168] S. Xu, Y. Li, T. Mo, G. Wei, Y. Yang, Energy Storage Mater. 2024, 69, 103379.

[169] Z. Qin, Z. Wang, D. Li, Y. Lv, B. Zhao, K. Pan, ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 32554.

[170] A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, A. K. Geim, Rev. Mod. Phys. 2009, 81, 109.

[171] A. Reina, X. Jia, J. Ho, D. Nezich, H. Son, V. Bulovic, M. S. Dresselhaus, J. Kong, Nano Lett. 2009, 9, 30.

[172] J. B. Oostinga, H. B. Heersche, X. Liu, A. F. Morpurgo, L. M. K. Vandersypen, Nat. Mater. 2008, 7, 151.

[173] T. Ohta, A. Bostwick, T. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg, Science 2006, 313, 951.

[174] L. dos Santos-Gómez, J. R. García, M. A. Montes-Morán, J. A. Menéndez, S. García-Granda, A. Arenillas, Small 2021, 17, 2103407.

[175] Y. Zhang, L. Zhang, G. Zhang, H. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 21565.

[176] J. Zhao, R. Pan, R. Sun, C. Wen, S.-L. Zhang, B. Wu, L. Nyholm, Z.-B. Zhang, Nano Energy 2019, 60, 760.

[177] Y. Qi, Y. Xia, P. Li, Z. Wang, X. Ming, B. Wang, K. Shen, G. Cai, K. Li, Y. Gao, Y. Liu, C. Gao, Z. Xu, Adv. Fiber Mater. 2023, 5, 2016.

[178] J. D. Afroze, L. Tong, M. J. Abden, Z. Yuan, Y. Chen, Carbon 2021, 175, 312.

[179] X. Xiao, X. Huang, A. Wang, S. Cao, M. Noroozi, M. Panahi-Sarmad, Carbohydr. Polym. 2022, 281, 119042.

[180] I. K. Moon, S. Yoon, K.-Y. Chun, J. Oh, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 6976.

[181] M. Šilhavík, P. Kumar, P. Levinský, Z. A. Zafar, J. Hejtmánek, J. Červenka, Small Methods 2024, 8, 2301536.

[182] X. Liu, H. Li, Q. Zeng, Y. Zhang, H. Kang, H. Duan, Y. Guo, H. Liu, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 11641.

[183] Y. Wang, H. Zhang, B. Li, M. Yu, R. Zhao, X. Xu, L. Cai, Chem. Eng. J. 2019, 359, 914.

[184] H. Yang, X. Jin, G. Sun, Z. Li, J. Gao, B. Lu, C. Shao, X. Zhang, C. Dai, Z. Zhang, N. Chen, S. Lupi, A. Marcelli, L. Qu, ACS Nano 2020, 14, 6249.

[185] K. Clifford, S. P. Ogilvie, A. Amorim Graf, H. J. Wood, A. C. Sehnal, J. P. Salvage, P. J. Lynch, M. J. Large, A. B. Dalton, Carbon 2024, 218, 118642.

[186] S. Zhao, H.-B. Zhang, J.-Q. Luo, Q.-W. Wang, B. Xu, S. Hong, Z.-Z. Yu, ACS Nano 2018, 12, 11193.

[187] H. Shi, X. Zhao, Z.-S. Wu, Y. Dong, P. Lu, J. Chen, W. Ren, H.-M. Cheng, X. Bao, Nano Energy 2019, 60, 743.

[188] L. Li, D. Zhang, J. Deng, Y. Gou, J. Fang, H. Cui, Y. Zhao, M. Cao, Carbon 2021, 183, 721.

[189] J. Sun, B. Luo, H. Li, Adv. Energ. Sust. Res. 2022, 3, 2100191.

[190] N. Kitchamsetti, C. K. Mannem, C. S. Chakra, A. L. F. de Barros, J. Energy Storage 2025, 106, 114836.

[191] J. P. Zheng, J. Electrochem. Soc. 2021, 168, 80503.

[192] S. Dong, N. Lv, Y. Wu, G. Zhu, X. Dong, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2100455.

[193] S. Y. Lai, C. Cavallo, M. E. Abdelhamid, F. Lou, A. Y. Koposov, Energies 2021, 14, 3010.

[194] C.-C. Lee, J. Differ. Equ. 2019, 266, 742.

[195] X. Zhang, W. Wang, J. Lu, L. Hua, J. Heng, Thermochim. Acta 2016,

[196] M. D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An, R. S. Ruoff, Nano Lett. 2008, 8, 3498.

[197] M. F. El-Kady, V. Strong, S. Dubin, R. B. Kaner, Science 2012, 335, 1326.

[198] X. Zhang, Y. Lai, M. Ge, Y. Zheng, K.-Q. Zhang, Z. Lin, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 12761.

[199] Z. Liao, J. Cheng, J.-H. Yu, X.-L. Tian, M.-Q. Zhu, Carbohydr. Polym. 2022, 286, 119287.

[200] P. Xu, Q. Gao, L. Ma, Z. Li, H. Zhang, H. Xiao, X. Liang, T. Zhang, X. Tian, C. Liu, Carbon 2019, 149, 452.

[201] J. Li, X. Li, D. Xiong, L. Wang, D. Li, Appl. Surf. Sci. 2019, 475, 285.

[202] A. Huang, M. F. El-Kady, X. Chang, M. Anderson, C.-W. Lin, C. L. Turner, R. B. Kaner, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2100768.

[203] N. An, Z. Guo, J. Xin, Y. He, K. Xie, D. Sun, X. Dong, Z. Hu, J. Mater. Chem. A 2021, 9, 16824.

[204] H. Wang, R. Li, M. Li, Z. Li, J. Alloys Compd. 2018, 742, 759.

[205] M. Zhang, D. Yang, S. Zhang, T. Xu, Y. Shi, Y. Liu, W. Chang, Z.-Z. Yu, Carbon 2020, 158, 873.

[206] K. Zhang, R. Zhang, Q. Wang, Y. Huang, Q. Liang, G. Wang, Y. Hu, K. Qin, S. Wang, Chem. Eng. J. 2025, 506, 159991.

[207] Y. Wu, G. Gao, G. Wu, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 1828.

[208] Y. Liu, L. Yang, Z. Qin, Carbon 2024, 225, 119100.

[209] G. Chao, D. Wang, Y. Wang, X. Zhang, S. Chen, Y. Wang, W. Zong, W. Fan, L. Zhang, T. Liu, J. Energy Storage 2022, 55, 105445.

[210] K. Wang, H. Song, Z. Wang, L. Liu, T. Li, Y. Wang, Y. Han, Diam. Relat. Mater. 2023, 132, 109646.

[211] X. Yang, C. Xiang, Y. Zou, J. Liang, H. Zhang, E. Yan, F. Xu, X. Hu, Q. Cheng, L. Sun, J. Mater. Sci. Technol. 2020, 55, 223.

[212] K. P. Annamalai, X. Zheng, J. Gao, T. Chen, Y. Tao, Carbon 2019, 144, 185.

[213] P. Siwach, L. Gaba, K. Aggarwal, S. Dahiya, R. Punia, A. S. Maan, K. Singh, A. Ohlan, J. Energy Storage 2024, 98, 113055.

[214] H. Zhang, L. Lin, W. Kong, H. Yin, W. Hu, X. Bi, Z. Yang, W. Chen, N. Hu, J. Energy Storage 2023, 68, 107616.

[215] Y. Xu, H. Xuan, J. Gao, T. Liang, X. Han, J. Yang, Y. Zhang, H. Li, P. Han, Y. Du, J. Mater. Sci. 2018, 53, 8483.

[216] X. Xia, J. Tu, Y. Zhang, X. Wang, C. Gu, X.-b. Zhao, H. J. Fan, ACS Nano 2012, 6, 5531.

[217] C. Jing, J. Ma, Q. Sun, Y. Li, X. Tang, F. Ling, Y. Wang, W. Zhang, X. Zhou, Y. Zhang, CrystEngComm 2023, 25, 1941.

[218] C. Jing, L. Huang, S. Tao, Y. Chen, S. Zhang, W. Dong, F. Ling, X. Tang, Y. Li, L. Feng, Y. Zhang, J. Colloid Interface Sci. 2024, 660, 10.

[219] L. Kang, S. Liu, Q. Zhang, J. Zou, J. Ai, D. Qiao, W. Zhong, Y. Liu, S. C. Jun, Y. Yamauchi, J. Zhang, ACS Nano 2024, 18, 2149.

[220] K. S. Bhat, S. Shenoy, H. S. Nagaraja, K. Sridharan, Electrochim. Acta 2017, 248, 188.

[221] D. A. C. Brownson, D. K. Kampouris, C. E. Banks, J. Power Sources 2011, 196, 4873.

[222] J. Ding, W. Hu, E. Paek, D. Mitlin, Chem. Rev. 2018, 118, 6457.

[223] M. Kotal, H. Kim, S. Roy, I.-K. Oh, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 17253.

[224] C. Wu, J. Zhu, B. Zhang, H. Shi, H. Zhang, S. Yuan, Y. Yin, G. Chen, C. Chen, J. Colloid Interface Sci. 2023, 650, 1871.

[225] S. P. Lee, G. A. M. Ali, M. A. Assiri, K. V. Kong, E. Y. L. Teo, K. F. Chong, Appl. Surf. Sci. 2023, 613, 156069.

[226] E. Abaft, H. Ghafouri Taleghani, M. Soleimani Lashkenari, J. Energy Storage 2024, 98, 112797.

[227] L. Hou, C. Kong, Z. Hu, Y. Yang, H. Wu, Z. Li, X. Wang, P. Yan, X. Feng, Appl. Surf. Sci. 2020, 508, 145192.

[228] Y. Song, H. Wang, W. Liu, H. Wang, L. Yan, J. Alloys Compd. 2019, 780, 55.

[229] J. Hao, T. Li, L. Yan, M. Liang, Q. Deng, X. Zou, Q. Hu, Y. Bai, Y. Zhou, B. Xiang, Electrochim. Acta 2022, 403, 139676.

[230] J. Yang, X. Gong, T. Su, H. Chen, Y. Han, Y. Li, J. Bao, X. Ge, G. Pan, R. Xing, 2D Mater. 2025, 12, 25014.

[231] G. Yilmaz, X. Lu, G. W. Ho, Nanoscale 2017, 9, 802.

[232] Z. Ai, L. Li, M. Huang, X. Su, Y. Gao, J. Wu, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2211057.

[233] X. Liang, L.-j. Tang, Y.-c. Zhang, X.-d. Zhu, J. Gao, Chem-Asian J. 2024, 19, e202400243.

[234] J. Chen, C. Lin, M. Zhang, T. Jin, Y. Qian, ChemElectroChem 2020, 7, 3311.

[235] J. Ning, M. Xia, D. Wang, X. Feng, H. Zhou, J. Zhang, Y. Hao, Nano-Micro Lett. 2020, 13, 2.

[236] V. Augustyn, P. Simon, B. Dunn, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1597.

[237] S. Fleischmann, J. B. Mitchell, R. Wang, C. Zhan, D. E. Jiang, V. Presser, V. Augustyn, Chem. Rev. 2020, 120, 6738.

[238] W. Dong, D. R. Rolison, B. Dunna, Electrochem. Solid-State Lett. 2000, 3, 457.

[239] D. S. Charles, M. Feygenson, K. Page, J. Neuefeind, W. Xu, X. Teng, Nat. Commun. 2017, 8, 15520.

[240] H.-S. Kim, J. B. Cook, H. Lin, J. S. Ko, S. H. Tolbert, V. Ozolins, B. Dunn, Nat. Mater. 2017, 16, 454.

[241] G. Wang, L. Zhang, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 797.

[242] C. Liu, F. Li, L.-P. Ma, H.-M. Cheng, Adv. Mater. 2010, 22, E28.

[243] W. Wei, X. Cui, W. Chen, D. G. Ivey, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 1697.

[244] C. Jing, S. Tao, B. Fu, L. Yao, F. Ling, X. Hu, Y. Zhang, Prog. Mater. Sci. 2025, 150, 101410.

[245] A. C. Forse, C. Merlet, J. M. Griffin, C. P. Grey, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5731.

[246] J. M. Griffin, A. C. Forse, W.-Y. Tsai, P.-L. Taberna, P. Simon, C. P. Grey, Nat. Mater. 2015, 14, 812.

[247] H. Wang, T. K. J. Köster, N. M. Trease, J. Ségalini, P.-L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi, C. P. Grey, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19270.

[248] N. Khodayar, A. Noori, M. S. Rahmanifar, Y. Shabangoli, A. Baghervand, M. F. El-Kady, N. Hassani, X. Chang, M. Neek-Amal, R. B. Kaner, M. F. Mousavi, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2202784.

[249] P. Chen, T. Wang, D. He, T. Shi, M. Chen, K. Fang, H. Lin, J. Wang, C. Wang, H. Pang, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202311693.

[250] A. Patra, N. K, J. R. Jose, S. Sahoo, B. Chakraborty, C. S. Rout, J. Mater. Chem. A 2021, 9, 25852.

[251] F. W. Richey, C. Tran, V. Kalra, Y. A. Elabd, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 21846.

[252] S.-Y. Lee, I.-S. Kim, H.-S. Cho, C.-H. Kim, Y.-K. Lee, Appl. Catal. B-Environ. 2021, 284, 119729.

[253] S.-Y. Lee, H.-J. Oh, M. Kim, H.-S. Cho, Y.-K. Lee, Appl. Catal. B-Environ. 2023, 324, 122269.

[254] V. Vijayakumar, B. Anothumakkool, A. Torris, A. T, S. B. Nair, M. V. Badiger, S. Kurungot, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 8461.

[255] M. He, K. Fic, E. Fŗckowiak, P. Novák, E. J. Berg, Energy Environ. Sci. 2016, 9, 623.

[256] X. Li, Y. Li, X. Zhao, F. Kang, L. Dong, Energy Storage Mater. 2022, 53, 505.

[257] H. Wang, A. C. Forse, J. M. Griffin, N. M. Trease, L. Trognko, P.-L. Taberna, P. Simon, C. P. Grey, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18968.

[258] L. G. Bulusheva, M. A. Kanygin, V. E. Arkhipov, K. M. Popov, Y. V. Fedoseeva, D. A. Smirnov, A. V. Okotrub, J. Phys. Chem. C 2017, 121, 5108.

[259] Y.-H. Wang, X. Jin, M. Xue, M.-F. Cao, F. Xu, G.-X. Lin, J.-B. Le, W.-M. Yang, Z.-L. Yang, Y. Cao, Y. Zhou, W. Cai, Z. Zhang, J. Cheng, W. Guo, J.-F. Li, Aust. Dent. J. 2023, 7, 1652.

[260] L. Zhang, T. Qian, X. Zhu, Z. Hu, M. Wang, L. Zhang, T. Jiang, J.-H. Tian, C. Yan, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 5432.

[261] A. Mistry, A. A. Franco, S. J. Cooper, S. A. Roberts, V. Viswanathan, ACS Energy Lett. 2021, 6, 1422.

[262] T. Lombardo, M. Duquesnoy, H. El-Bouysidy, F. Årén, A. Gallo-Bueno, P. B. Jørgensen, A. Bhowmik, A. Demortière, E. Ayerbe, F. Alcaide, M. Reynaud, J. Carrasco, A. Grimaud, C. Zhang, T. Vegge, P. Johansson, A. A. Franco, Chem. Rev. 2022, 122, 10899.

[263] M. Duquesnoy, T. Lombardo, M. Chouchane, E. N. Primo, A. A. Franco, J. Power Sources 2020, 480, 229103.

[264] L. Chen, C. Li, K. Xu, R. Zhou, M. Lou, Y. Du, D. Music, K. Chang, MGE Advances 2025, 3, e81.

[265] S. Shrestha, K. J. Barvenik, T. Chen, H. Yang, Y. Li, M. M. Kesavan, J. M. Little, H. C. Whitley, Z. Teng, Y. Luo, E. Tubaldi, P.-Y. Chen, Nat. Commun. 2024, 15, 4685.

[266] B. Motevalli, B. Sun, A. S. Barnard, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 7404.

RIGHTS & PERMISSIONS

2025 The Author(s). Energy & Environmental Materials published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Zhengzhou University.