陈武峰
Carbon:可扩展合成具有高比电容和体积能量密度的氮掺杂多级分层孔碳纳米片超级电容器-奇材进展
2021-5-12 08:07
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苏州大学及华东师范大学团队工作,奇材馆整理

【文章概述】

高比表面积的多孔碳纳米片是最具发展前景的超级电容器电极材料,但其高孔隙体积导致密度相对较低,体积电容较差。在这项工作中,通过一种新型的D -葡萄糖酸钙爆炸技术,成功地合成了具有支柱支撑的三维非聚集结构的氮掺杂分层多孔碳纳米片(SNPCNS)。通过调节热解温度、热解时间、D -葡萄糖酸钙与脲醛树脂的质量比,优化SNPCNS的比表面积、孔容和电容性能。优化后的SNPCNS具有较高的比表面积(539 m2g-1),丰富的表面杂原子(N: 8.1 %)和高密度(1.1 1 g cm-3)。因此,由SNPCNS电极组装的超级电容器具有非常高的重量/体积电容286 F g-1/317 Fcm-3(在6M KOH)和355 F g-1/ 394 F cm-3(在1M H2SO4中)。重要的是,高重量/体积能量密度为40.5 W h kg-1/ 44.9 W h L-1(在离子液体中),优于以前报道的基于碳纳米片的对称超级电容器。这项工作为高性能多孔碳纳米片的大规模低成本生产提供了新的策略。

【成果简介】

华东师范大学与苏州大学课题组成功地通过新型的D-葡萄糖酸钙爆炸技术成功地按比例合成了支柱支撑的三维非聚集结构的氮掺杂的分层多孔碳纳米片(SNPCNS),由SNPCNS组装的超级电容器具有非常高的比电容, 为高性能多孔碳纳米片的大规模低成本生产提供了新的策略。该材料符合奇材馆理念,后续开发值得期待!

【文章亮点】

(1)、利用爆炸法创造性的制备氮掺杂多级分层的多孔碳纳米片(SNPCNS),该碳纳米管具有通过支撑支撑的三维非聚集结构。

(2)、利用SNPCNS这种材料组装测超级电容器器件具有很好的比电容和高的体积能量密度;

(3)、为高性能多孔碳纳米片的大规模低成本生产提供了新的策略;

【图文导图】

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图1:SNPCNS材料热膨胀热解转化制备工艺示意图

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图2:柱状氮掺杂分层多孔碳纳米片的合成原理图。

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图3:(a-b) SNPCNS-1:1-800-2h的SEM图像、(c-e) TEM图像、(f) AFM图像和(g-i) EDX元素映射图像。

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图4:SNPCNS-1:1-800-2h. (a) XPS元素总谱图,(b) C1, (c) N1s和(d) O1s光谱。5.png

图5:SNPCNS (a-c) XRD谱、(d-f) Raman谱和(g-i) N2吸附-脱附等温线

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图6:(a) CG-UF衍生聚合物的SEM图像。(b-c)扫描电镜图像的CG-UF衍生聚合物加热到500℃。(d) N1s, (e) C1s,和(f) O1s光谱UF衍生聚合物和CGUF衍生聚合物。

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图7:(a) 20 mV s-1时的CV曲线(b) GCD配置文件在1g-1和(c) SNPCNS样品在6m KOH溶液中的容量。

(d) SNPCNS-1:1-800-2h在6M KOH溶液中的GCD曲线。

(e) SNPCNS-1:1-800-2h在1M H2SO4和6M KOH溶液中的Nyquist图。

(f) SNPCNS-1:1-800-2h电极的重量/体积电容与其他报道的碳电极的比较。

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图8:SNPCNS-1:1-800-2h在6M KOH和[EMIm] NTF2电解质中的电化学性能。(a) CV曲线,(b) GCD曲线,(c) 6M KOH溶液体积电容。

(d)在10A g-1在6M KOH溶液。

(e) 6 M KOH和[EMIm] NTF2电解质的Ragone图。

(f)由三个超级电容串联供电的54个LED的照片。

【奇材馆点评】

开发了一种D -葡萄糖酸钙爆炸技术,可以轻松、可缩放地合成一种由连续多孔碳纳米片紧密连接并由微米宽支柱支撑的氮掺杂分层多孔碳结构。由于SSA大、密度高、孔体积小、分层孔隙度(微孔和中孔)和高表面杂原子含量,SNPCNS具有高的重量/体积电容(286F g-1/ 317F cm-3英寸6MKOH和355 F g-1/394 Fcm-3在1M H2SO4)在水溶液电解质和高能量密度40.5 W h kg-1和44.9 W h L-1英寸离子液体电解质。SNPCNS的高通量生产和优异的电容性能使其能够在超级电容器中大规模应用。

【论文信息】

Scalable synthesis of   strutted nitrogen doped hierarchical porous carbon nanosheets for   supercapacitors with both high gravimetric and volumetric performances

carbon:(IF=8.8)

Pub Date :2021.04.23

DOI: 10.1016/j.carbon.2021.04.062

Chong Chen, Mingkun Zhao,   Yuyan Cai, Guangzhen Zhao, Yong Xie, Li Zhang, Guang Zhu, Likun Pan

Key Laboratory of Spin   Electron and Nanomaterials of Anhui Higher Education Institutes, School of   Chemistry and Chemical Engineering, Suzhou University, Suzhou, 234000,   People’s Republic of China

 


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