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.

A novel route to form superhydrophobic−superhydrophilic micropatterned coating film has been developed. UV light was irradiated on the superhydrophobic coating film which consists of three layers, a flowerlike Al2O3 gel film, a very thin TiO2 gel layer, and a FAS layer, to cleave the fluoroalkyl chain in FAS selectively, and well-defined superhydrophobic and superhydrophilic regions were formed.

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.

The lithium thiophosphate group of solid electrolytes (SEs) is considered one of the best lithium-ion conductors that could be compatible with liquid electrolytes. However, the interface stability of lithium thiophosphate SEs against the lithium anode and oxide cathode could be a challenge due to severe degradation over charge–discharge cycles. In this study, we aim to analyze and introduce the addition of halides into lithium thiophosphate SEs with a molar ratio of 3Li3PS4 to 1LiM (M = Cl, Br, I) in order not only to improve ion conductivity but also to increase the interface stability of the SEs. Li10P3S12Br (LPSBr) and Li10P3S12I (LPSI) results in high ionic conductivity at 1.7 and 2.9 mS cm–1, respectively, at room temperature. Although LPSBr has lower ion conductivity, it shows better electrochemical stability compared to LPSI. By combining the advantages of both LiI and LiBr to form Li10P3S12Br1–xIx, we have observed improvements not only in high ionic conductivity but also in the interface stability of SEs, which is important for extending the lifetime cycle of all-solid-state lithium batteries (ASSLBs).

The surface modification of lithium phosphate on lithium alumina titanium phosphate (LATP) by a wet chemical method densified the LATP to over 90 % at a sintering temperature of 800 °C. This temperature was approximately 300 °C lower than that of LATP without additives. Densification of LATP with lithium phosphate significantly progressed from 700 to 800 °C, and endothermic peaks corresponding to its melting were found in a similar temperature range, suggesting that the densification mechanism would be due to liquid phase sintering. The liquid phase of Li3PO4 is produced by a multi-step thermal decomposition involving the reaction with LATP. The sintered LATP with lithium phosphate showed a density of about 90 % and the highest ionic conductivity of 3.5 × 10−4 S/cm at 25 °C, suggesting an excellent Li ion conducting, solid electrolyte material.