中科大設(shè)計(jì)出一種儲(chǔ)能性能優(yōu)異的摻氮多孔碳材料

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員以富勒烯為前驅(qū)體，設(shè)計(jì)了一種具有優(yōu)異儲(chǔ)能性能的摻氮多孔碳。

摻氮多孔碳材料具有高比表面積和大量的反應(yīng)活性位點(diǎn)，可用作電化學(xué)儲(chǔ)能材料如鋰離子電池和超級(jí)電容器的電極材料及催化劑材料。研究人員利用氫氧化鉀活化具有確定尺寸和結(jié)構(gòu)的納米碳單元——富勒烯，得到了兼具良好導(dǎo)電性和高比表面積的多孔碳。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用較高比例的氫氧化鉀進(jìn)行處理時(shí)，劇烈的活化過(guò)程可以打破富勒烯分子，得到碳量子點(diǎn)。對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，并在活化過(guò)程中通入氨氣，可制得不同摻氮量的摻氮多孔碳。由于富勒烯本身兼具五元環(huán)和六元環(huán)碳結(jié)構(gòu)，最后制得的摻氮多孔碳中氮的主要形式為吡啶氮和吡咯氮，以吡咯氮為主要成分。計(jì)算結(jié)果表明，由于五元環(huán)造成的曲率結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子的吸附能力相對(duì)于石墨烯平面結(jié)構(gòu)更大，吡咯氮和吡啶氮，特別是吡咯氮增加了對(duì)鋰離子的吸附能力。

測(cè)試表明，該材料具有優(yōu)良的倍率性能，用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，其可逆容量在100mA/g電流下達(dá)1900mAh/g，在2A/g電流下循環(huán)800圈后可逆容量仍可保持在600mAh/g。 (中科大)