Among various 2D materials, graphene has received extensive research attention in the last 2-3 decades due to its fascinating properties. The discovery of graphene provided an immense boost up and new dimension to materials research and nanotechnology. The multidisciplinary characteristics of graphene havea wide range of applications from health to aerospace. Modern graphene research has been directed towards the exploration of new graphene derivatives and their utilisations for fabrication of products and devices. The enhancement of graphene properties by functionalization or surface modification is another innovative approach. However, like other 2D materials, graphene research also needs amendments and up-gradation in the light of recent scientific output. In this contribution, we have reassessed the recent research output on graphene and graphene-based materials for applications in different fields. For the reader's comfort and to maintain lucidity, first, some fundamental aspects of graphene are discussed and then recent overviews in graphene research are explored in a systematic manner. Overall, this review article provides an outline of graphene in terms of fundamental properties, cutting-edge research and applications.

Heteroatom-doped graphene and its derived layered materials play a substantial role in several emerging science fields, demonstrating great potential for implementation in new devices and for improving the performance of existing technologies. A wide variety of strategies have been applied for the controlled synthesis and for achieving the intended doping/co-doping levels in the carbon network of graphene-based materials. Precise and reproducible doping is crucial for altering the Fermi energy level and to tune the band gap according to the desired device/application. Heteroatom-doped and co-doped graphene-based materials (n-type and p-type doping) have been synthesized for devices in energy-related applications using various chemical and physical routes. In this review article, we survey the most recent research works on the synthesis of heteroatom-doped graphene materials such as reduced graphene oxide, graphene oxide, graphene quantum dots and graphene nanoribbons. Applications of these materials in energy storage/conversion devices (supercapacitors, batteries, fuel cells, water splitting and solar cells) are also reviewed. Finally, the challenges and future perspectives for heteroatom-doped graphene materials are briefly discussed. We hope this article offers a useful starting point for researchers entering the field, providing an overview of synthesis approaches and energy applications.

The importance of graphene and its derivatives for “clean energy” applications became apparent over the last few years due to their exceptional characteristics, especially regarding electrical, thermal and chemical properties. In this review article we examine the recent progress and some of the challenges in the syntheses and modification of graphene-based materials, including energy storage applications as electrodes in Li-ion batteries (LIBs). Various synthesis routes have been used for obtaining graphene using different kinds of carbon sources (graphite, non-graphitic carbon and carbon-containing materials). The most popular processing methods include epitaxial growth, liquid phase chemical/electrochemical exfoliation, mechanical exfoliation, chemical vapor deposition and laser-assisted synthesis. Taking the reduction approach, chemical, thermal, microwave and laser reduction methods have been applied to prepare graphene from graphene oxide/graphite oxide. Recent research has shown that graphene derivatives and hybrids/ nanocomposites using metal oxides/mixed metal oxides and metal sulfides/mixed metal sulphides can have a profound impact on the performance of energy storage devices. Closing the text, we speculate on the future prospects for the application of graphene and its derivatives in energy storage devices. We expect that this review article will help in generating new insights for further development and practical applications of graphene-based materials.

Systematic survey on the fabrication and electrochemical performance of the most promising classes of pseudocapacitive/battery-type electrode materials for supercapacitors.

Ternary ZnCo2O4/reduced graphene oxide/NiO (ZCGNO) nanowire arrays were grown directly on a piece of Ni foam using a simple, facile, cost-effective hydrothermally assisted thermal annealing process without the addition of any Ni precursor salt and used as a binder-free supercapacitor electrode. Ni foam was utilized successively as the NiO precursor, binder, and current collector. The resulting 3D ternary composite possessed an ultrahigh specific capacitance of 1256 F/g at a current density of 3 A/g in 6 M KOH solution. Moreover, the three-dimensional electrode exhibited superior electrochemical performance, such as excellent cyclic stability (∼80% capacitance retention after 3000 cycles), maximum energy density of 62.8 Wh/kg, maximum power density of 7492.5 W/kg, and low equivalent series resistance (0.58 Ω). The effects of the electrolyte concentration on the electrochemical performance of ZCGNO were also examined. ZCGNO with this remarkable electrochemical performance may be considered a prospective candidate for high performance supercapacitor applications.

Abstract MXene has garnered widespread recognition in the scientific community due to its remarkable properties, including excellent thermal stability, high conductivity, good hydrophilicity and dispersibility, easy processability, tunable surface properties, and admirable flexibility. MXenes have been categorized into different families based on the number of M and X layers in M n+1 X n , such as M 2 X, M 3 X 2 , M 4 X 3 , and, recently, M 5 X 4 . Among these families, M 2 X and M 3 X 2 , particularly Ti 3 C 2 , have been greatly explored while limited studies have been given to M 5 X 4 MXene synthesis. Meanwhile, studies on the M 4 X 3 MXene family have developed recently, hence, demanding a compilation of evaluated studies. Herein, this review provides a systematic overview of the latest advancements in M 4 X 3 MXenes, focusing on their properties and applications in energy storage devices. The objective of this review is to provide guidance to researchers on fostering M 4 X 3 MXene-based nanomaterials, not only for energy storage devices but also for broader applications.