Graphene quantum dots (GQDs) have various alluring properties and potential applications, but their large-scale applications are limited by current synthetic methods that commonly produce GQDs in small amounts. Moreover, GQDs usually exhibit polycrystalline or highly defective structures and thus poor optical properties. Here we report the gram-scale synthesis of single-crystalline GQDs by a facile molecular fusion route under mild and green hydrothermal conditions. The synthesis involves the nitration of pyrene followed by hydrothermal treatment in alkaline aqueous solutions, where alkaline species play a crucial role in tuning their size, functionalization and optical properties. The single-crystalline GQDs are bestowed with excellent optical properties such as bright excitonic fluorescence, strong excitonic absorption bands extending to the visible region, large molar extinction coefficients and long-term photostability. These high-quality GQDs can find a large array of novel applications in bioimaging, biosensing, light emitting diodes, solar cells, hydrogen production, fuel cells and supercapacitors. Graphene quantum dots (GQDs) have a wide range of potential applications, yet current cutting methods produce GQDs in low amounts and with poor optical properties. Here, the authors demonstrate, via a facile molecular fusion route, the synthesis of GQDs at the gram-scale and report excellent optical properties.

Flexible fiber‐shaped supercapacitors have shown great potential in portable and wearable electronics. However, small specific capacitance and low operating voltage limit the practical application of fiber‐shaped supercapacitors in high energy density devices. Herein, direct growth of ultrathin MnO 2 nanosheet arrays on conductive carbon fibers with robust adhesion is exhibited, which exhibit a high specific capacitance of 634.5 F g −1 at a current density of 2.5 A g −1 and possess superior cycle stability. When MnO 2 nanosheet arrays on carbon fibers and graphene on carbon fibers are used as a positive electrode and a negative electrode, respectively, in an all‐solid‐state asymmetric supercapacitor (ASC), the ASC displays a high specific capacitance of 87.1 F g −1 and an exceptional energy density of 27.2 Wh kg −1 . In addition, its capacitance retention reaches 95.2% over 3000 cycles, representing the excellent cyclic ability. The flexibility and mechanical stability of these ASCs are highlighted by the negligible degradation of their electrochemical performance even under severely bending states. Impressively, as‐prepared fiber‐shaped ASCs could successfully power a photodetector based on CdS nanowires without applying any external bias voltage. The excellent performance of all‐solid‐state ASCs opens up new opportunity for development of wearable and self‐powered nanodevices in near future.

Much attention has been paid to exploring electrode materials with enhanced supercapacitor performance as well as relatively low cost and environmental friendliness. In this work, NiMoO4 nanospheres and nanorods were synthesized by facile hydrothermal methods. The hierarchical NiMoO4 nanospheres were about 2.5 μm in diameter and assembled from thin mesoporous nanosheets with a thickness of about 10–20 nm. The NiMoO4 nanorods were about 80 nm in diameter and about 300 nm to 1 μm in length. Their electrochemical properties were investigated for use as electrode materials for supercapacitors (SCs). The NiMoO4 nanospheres exhibited a higher specific capacitance and better cycling stability and rate capability, which were attributed to their large surface area and high electrical conductivity. The specific capacitances were 974.4, 920.8, 875.5, 859.1, and 821.4 F/g at current densities of 1, 2, 4, 6, and 10 A/g, respectively. Remarkably, the energy density was able to reach 20.1 Wh/kg at a power density of 2100 W/kg. After 2000 cycles, the NiMoO4 nanospheres still displayed a high specific capacitance of about 631.8 F/g at a current density of 5 A/g. These results implied that the hierarchical NiMoO4 nanospheres could be a promising candidate for use as high-performance SCs.

Abstract Doping of low-dimensional graphitic materials, including graphene, graphene quantum dots and single-wall carbon nanotubes with nitrogen, sulfur or boron can significantly change their properties. We report that simple fluorination followed by annealing in a dopant source can superdope low-dimensional graphitic materials with a high level of N, S or B. The superdoping results in the following doping levels: (i) for graphene, 29.82, 17.55 and 10.79 at% for N-, S- and B-doping, respectively; (ii) for graphene quantum dots, 36.38 at% for N-doping; and (iii) for single-wall carbon nanotubes, 7.79 and 10.66 at% for N- and S-doping, respectively. As an example, the N-superdoping of graphene can greatly increase the capacitive energy storage, increase the efficiency of the oxygen reduction reaction and induce ferromagnetism. Furthermore, by changing the degree of fluorination, the doping level can be tuned over a wide range, which is important for optimizing the performance of doped low-dimensional graphitic materials.

Currently, tremendous attention has been paid to the rational design and synthesis of unique core/shell heterostructures for high-performance supercapacitors. In this work, the unique ZnO@Co3O4 core/shell heterostructures on nickel foam are successfully synthesized through a facile and cost-effective hydrothermal method combined with a short post annealing treatment. Mesoporous Co3O4 nanowires are multidirectional growing on the rhombus-like ZnO nanorods. In addition, the growth mechanism for such unique core/shell heterostructures is also proposed. Supercapacitor electrodes based on the ZnO@Co3O4 and Co3O4 heterostructures on nickel foam are thoroughly characterized. The ZnO@Co3O4 electrode exhibits high capacitance of 1.72 F cm–2 (857.7 F g–1) at a current density of 1 A g–1, which is higher than that of the Co3O4 electrode. Impressively, the capacitance of the ZnO@Co3O4 electrode increases gradually from 1.29 to 1.66 F cm–2 (830.8 F g–1) after 6000 cycles at a high current density of 6 A g–1, indicating good long-term cycling stability. These results indicate the unique ZnO@Co3O4 electrode would be a promising electrode for high-performance supercapacitor applications.

In this work, we report a facile two-step hydrothermal method to synthesize the unique three-dimensional Co3O4@NiMoO4 core/shell nanowire arrays (NWAs) on Ni foam for the first time. The Co3O4 nanowires are fully covered by ultrathin mesoporous NiMoO4 nanosheets. When evaluated as a binder-free electrode for supercapacitors in a 2 M KOH aqueous solution, the Co3O4@NiMoO4 hybrid electrode exhibits a greatly enhanced areal capacitance of 5.69 F cm(-2) at a high current density of 30 mA cm(-2), nearly 5 times that of the pristine Co3O4 electrode (1.10 F cm(-2)). The energy density of the hybrid electrode is 56.9 W h kg(-1) at a high power density of 5000 W kg(-1). In addition, the Co3O4@NiMoO4 hybrid electrode also exhibits good rate capability and cycling stability, which would hold great promise for electrochemical energy storage.