天津科技大学：鱼腥草衍生氮掺杂多孔碳，用于高性能超级电容器

成果简介

三维（3D）杂原子掺杂的纳米结构碳材料因其在提高超级电容器性能方面的巨大潜力而受到广泛关注。本文，天津科技大学安兴业副教授、Hongbin WANG 等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Houttuynia-derived nitrogen-doped hierarchically porous carbon for high-performance supercapacitor”的论文，研究基于温和的碳化/活化工艺，我们成功地从鱼腥草生物质中开发了绿色/可持续的3D分级多孔氮掺杂纳米结构碳（N–HNC）材料，显示出高比电容和高循环稳定性。所制备的鱼腥草衍生的多孔碳材料显示出独特的花状结构，具有均匀分布的微孔/中孔和2090m2/g的高比表面积。

基于N–HNC样品组装的超级电容器显示出优异的比电容（在1 A/g时为473.5 F/g），并且在20 A/g时保持超过50%的比电容。基于N–HNC的对称超级电容器采用双电极配置，在500 W/kg下的能量密度为15.99 Wh/kg，即使在6 M KOH水溶液电解质系统中以10 a/g进行10000次充放电循环后，仍能保持95.74%的出色电容。研究结果突出了鱼腥草生物质的3D多孔N掺杂分级纳米结构碳材料作为超级电容器应用的候选电极的潜力。本研究提供了一个使用生物质的固有框架结构作为前体合成用于高性能超级电容器应用的分级多孔氮掺杂纳米结构的例子。

图文导读

图1、显示了合成源自鱼腥草的三维多层次多孔N掺杂纳米结构碳材料的过程。

图2.N-HNC的形态和结构表征

图3、碳材料的孔隙率分析

图4、制备的碳材料的 XPS 分析

图5。在三电极配置中测试N–HNCs和HNC0的电化学性能

图6。基于N–HNC3-1的超级电容器在6M NaOH的水性电解质中以两电极配置测试的电化学性能

小结

在本研究中，以鱼腥草生物质为原料，通过温和的两步活化方法，成功合成了3D分级多孔氮掺杂纳米结构碳材料（N–HNC）。掺杂的氮和所制备的碳电极材料的3D分级多孔纳米结构是优异的电化学超级电容器性能的原因。所制备的鱼腥草衍生的多孔碳材料显示出独特的花状结构，具有均匀分布的微孔和中孔，并且具有2090m2/g的非常高的比表面积。基于3D多孔样品N–HNC3-1制备的超级电容器的优异性能证明了新型3D多孔N–HNC作为有效超级电容器电极的应用潜力。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.01.020