中科大设计出一种储能性能优异的掺氮多孔碳材料

中科大设计出一种储能性能优异的掺氮多孔碳材料

中国科学技术大学的研究人员以富勒烯为前驱体，设计了一种具有优异储能性能的掺氮多孔碳。

掺氮多孔碳材料具有高比表面积和大量的反应活性位点，可用作电化学储能材料如锂离子电池和超级电容器的电极材料及催化剂材料。研究人员利用氢氧化钾活化具有确定尺寸和结构的纳米碳单元——富勒烯，得到了兼具良好导电性和高比表面积的多孔碳。实验发现，当使用较高比例的氢氧化钾进行处理时，剧烈的活化过程可以打破富勒烯分子，得到碳量子点。对这一过程进行进一步优化，并在活化过程中通入氨气，可制得不同掺氮量的掺氮多孔碳。由于富勒烯本身兼具五元环和六元环碳结构，最后制得的掺氮多孔碳中氮的主要形式为吡啶氮和吡咯氮，以吡咯氮为主要成分。计算结果表明，由于五元环造成的曲率结构对锂离子的吸附能力相对于石墨烯平面结构更大，吡咯氮和吡啶氮，特别是吡咯氮增加了对锂离子的吸附能力。

测试表明，该材料具有优良的倍率性能，用作锂离子电池负极材料时，其可逆容量在100mA/g电流下达1900mAh/g，在2A/g电流下循环800圈后可逆容量仍可保持在600mAh/g。 (中科大)