北京化工大学宋怀河教授：酚醛树脂空间构型调控优化硬碳闭孔结构及储钠平台容量

第一作者：郭烈文

通讯作者：宋怀河*

单位：北京化工大学

硬碳材料因具有高比容量和丰富的缺陷/孔结构，被视为钠离子电池的理想负极材料。其中，平台容量（低电位区）是决定硬碳电极能量密度的关键因素，但其形成机制与闭孔结构的关系尚不明确。酚醛树脂（PF）因其高碳产率、结构可设计性强等优势，成为规模化制备硬碳负极的重要前驱体。然而，现有改性策略（如离子催化、杂原子掺杂）虽能提升循环稳定性，却常导致库仑效率和平台容量下降。近期研究通过预氧化、复合设计或引入造孔剂等方法优化闭孔形成，但仍缺乏对闭孔形成机制的分子水平解析。本文基于醛分子侧基空间构型调控的策略,提出平衡酚醛树脂的交联度与刚性，在碳化过程中抑制碳层重排并促进闭孔形成。本文在分子水平设计上为其他聚合物衍生的硬碳负极构造闭孔提供了新思路。

基于此，来自北京化工大学的宋怀河教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Spatial configuration engineering of phenolic resins to tune the closed pores of hard carbon for enhanced plateau-capacity sodium storage”的观点文章。该观点文章分析了醛分子侧基空间构型调控的策略。

图1. 树脂内部空间及其炭化后转化为闭孔的示意图。

本文提出了一种基于PF的空间构型策略，通过引入带有不同苯环数量的醛分子侧基调控树脂的交联度与主链刚性，从而调控硬碳的闭孔结构。研究表明，采用苯环数量适中的苯甲醛合成的树脂，其内部空间（或自由体积）在交联度与主链刚性间达到平衡。这种协同效应抑制了碳层重排，促进了弯曲小尺寸碳微晶的形成，进而在碳化过程中产生更多闭孔。得益于该结构优势，苯甲醛衍生硬碳展现出324.7 mAh g^-1的高可逆容量，其中平台容量达243.2 mAh g^-1。该工作为其他聚合物衍生硬碳负极材料闭孔结构的分子水平设计提供了新思路。

Spatial configuration engineering of phenolic resins to tune the closed pores of hard carbon for enhanced plateau-capacity sodium storage

宋怀河教授简介：自 1990 年以来一直从事先进炭及复合材料的研究与开发，在沥青基炭材料、炭纳米结构及纳米材料、储能炭材料和介孔炭材料等方面具有较扎实的研究基础和经验。在国际期刊JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Carbon等发表SCI论文330余篇，被SCI他引18000余次，H因子70，16篇论文入选SCI高被引论文。1999 年入 选北京市科技新星计划，2000 年入选教育部骨干教师计划，2004 年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。现为《新型炭材料》、《Nanomaterials》和《炭素》杂志编委会。