苏大：批量低成本制备氮掺杂分层多孔碳纳米片，用于超级电容器

成果简介

具有高比表面积的多孔碳纳米片已经成为超级电容器最有希望的电极材料，但是它们的高孔体积导致相对较低的密度和较差的体积电容。 本文，苏州大学Chong Chen等研究人员 在《Carbon》期刊发表名为“Scalable synthesis of strutted nitrogen doped hierarchical porous carbon nanosheets for supercapacitors with both high gravimetric and volumetric performances”的论文， 研究通过新型的D-葡萄糖酸钙爆炸技术成功地按比例合成了支撑氮掺杂的分层多孔碳纳米片（SNPCNS），该碳纳米管具有通过支撑支撑的三维非聚集结构。

调节热解温度和时间，以及D-葡萄糖酸钙和脲甲醛树脂的质量比，以优化SNPCNS的比表面积，孔体积和电容性能。经过优化的SNPCNS具有高比表面积（539 m2g -1），表面杂原子丰富（N为8.1 at。％）和高密度（1.11 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，分别为286Fg-1/317Fcm-3（在6MKOH中）和355Fg-1 / 394Fcm-3（在1 MH 2中）所以4）。重要的是，实现了重离子/体积能量密度（在离子液体中）为40.5 W h kg -1 /44.9 W h L -1（在离子液体中），优于先前报道的基于碳纳米片的对称超级电容器。这项工作为大规模和低成本生产用于能量存储的高性能多孔碳纳米片提供了新的策略。

图文导读

图1。氮掺杂分层多孔碳纳米片的合成示意图。

图2。SNPCNS-1：1-800-2h的（ab）SEM图像，（ce）TEM图像，（f）AFM图像和（gi）EDX元素映射图像。

图3。（a）XPS调查，（b）SNPCNS-1：1-800-2h的C1s，（c）N1s和（d）O1s光谱。

图4。SNPCNS材料通过热膨胀和热解转化制备过程的示意图。

图5。（a）20 mV s -1时的CV曲线，（b）1 A g -1时的GCD曲线，以及（c）SNPCNS样品在6 M KOH溶液中的体积电容。（d）在6 M KOH溶液中SNPCNS-1：1-800-2h的GCD曲线。（e）SNPCNS-1：1-800-2h在1 MH 2 SO 4和6 M KOH溶液中的奈奎斯特图。（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。

图6。SNPCNS-1：1-800-2h在6 M KOH和[EMIm] NTf 2电解质中的电化学性能。

小结

总之，开发了一种D-葡萄糖酸钙爆炸技术，可以轻松而可规模地合成一种支链的氮掺杂分层多孔碳材料。 SNPCNS的高产量生产和出色的电容性能使其能够在超级电容器中进行大规模应用。

文献:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.04.062

成果简介

本文，浙江大学王树荣教授团队在《ChemElectroChem》期刊 发表名为“Preparation of Nitrogen and Sulfur Co-doped and Interconnected Hierarchical Porous Biochar by Pyrolysis of Mantis Shrimp in CO2 Atmosphere for Symmetric Supercapacitors”的论文， 研究以螳螂虾壳为原料，CO2为活化剂，通过一步热解活化制备多种N、O、S自掺杂生物质碳材料（MSCs）。

通过控制热解温度来调节碳材料的物理和化学性质。在这项研究中，MSCs 材料的最大比表面积 (SSA) 和孔体积分别为484.5 m 2  g -1和0.291cm 3  g -1在 700 C 时达到。此外，在表征试验中发现，氮和硫等杂原子已成功引入碳微观结构中。 MSC-750含有高达9.46%的N和0.52%的S ，虽然SSA只有431.6m2g-1 时，6MKOH对称超级电容器在1Ag-1下的比电容在所有样品中达到最大值 144.2Fg -1，这是由于其高含量的杂原子官能团产生的赝电容。

图文导读

图1、(a)–(d) 分别为样品 MSC-600、650、700 和 750 的 SEM 图像；(e) 和 (f) MSC-700 和 MSC-750 在高倍率下的形态学图像。

图2、(a)–(b) MSC-750的TEM图像；(c)–(i) MSC-750选定区域的TEM-EDS图像。

图3、(a) MSCs的拉曼光谱和 (b)XRD图。

图4、MSC的电化学性能

图5、(a) 奈奎斯特曲线；(b) 比电容的虚部（C“，vs 频率）；(c)-(f) 两个串联的硬币型超级电容器分别用于点亮白色和红色 LED。

小结

通过二氧化碳一步热解活化螳螂虾壳制备多元素共掺杂多孔生物质活性炭材料，并将其应用于对称超级电容器。这些结果表明MSC-750是一种很有前景的超级电容器电极材料，为水产品的高附加值加工利用开辟了新途径。

文献：

https://doi.org/10.1002/celc.202101151

本文要点：

成果简介

合理地在多孔碳骨架中引入固有缺陷是扩大碳材料利用范围的迫切需要，但这仍然是一个挑战。 本文，中国石油大学（北京）李永峰教授团队在《Carbon》期刊 发表名为“Intrinsic defect-rich porous carbon nanosheets synthesized from potassium citrate toward advanced supercapacitors and microwave absorption”的论文， 研究提出一种简单而有效的策略，通过使用柠檬酸钾作为唯一原材料，在密封管 (S-PCN) 中制造富含内在缺陷的多孔碳纳米片。

密封管内的内压会导致内在缺陷的形成，缺陷的密度可以通过密封管的体积来调节。获得的 S-PCN 给出了具有均匀分布的固有缺陷的合理组织的孔隙结构。受益于重新分布的表面电荷、增强的润湿性和电化学表面积，-1在 50 kW kg -1 的超高功率密度下。此外，高密度的固有缺陷也会带来很强的极化损耗，平衡阻抗匹配。因此，即使使用 5 wt% 的超低填料负载，作为电磁波吸收剂的最佳 S-PCN 也表现出高达 -58.2 dB 的最大反射损耗，这意味着几乎所有入射微波都可以被有效消耗。

图文导读

图1。(a) S-PCN 合成及其双重应用的示意图。

图2。(a) K 2 CO 3 @O-HCC、(b, c) O-HCC、(d) K 2 CO 3 @S-PCN-3 和 (e, f) S-PCN-3 的SEM 图像；(g) TEM 图像，(h) HRTEM 图像，和 (i) O-HCC 的 SAED 图案；(j) TEM 图像、(k) HRTEM 图像和 (l) S-PCN-3 的 SAED 图案。

图3。(a) 拉曼光谱，(b) C 1s 光谱，(c) EPR 光谱，(d) 动态水接触角测量，(e) 氮吸附-解吸等温线，以及 (f) O-HCC 和S-PCNs，插图（f）中孔分区的扩大。

图4。样品在三电极系统中的电化学性能。

图5。SC的电化学性能。

图6。(a) O-HCC、(b) S-PCN-1、(c) S-PCN-2 和 (d) S-PCN-3 的反射损耗曲线。(e) 介电损耗角正切和 (f) O-HCC 和 S-PCN的 Z in -1的模量。(g) S-PCN-3 MA 性能与最近报道的吸收剂的比较

小结

总之，通过在密封管中直接热解柠檬酸钾，成功制备了富含本征缺陷的多孔碳纳米片。 这项工作可能为生产富含内在缺陷的多孔碳材料提供新的见解。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.06.072

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