EnSM: 超级电容器用氟掺杂/氟化碳基材料的最新进展- 大数跨境

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EnSM: 超级电容器用氟掺杂/氟化碳基材料的最新进展

科学材料站

2020-05-16

导读：文章综述了各种氟掺杂/氟化碳基材料的发展历程、制备路线和应用领域。本文综述了氟元素参与对电化学性能的优化作用。此外，与大型储能装置相比，小型化、柔性化、平面化是SCs发展的新趋势。掺氟/氟化碳基材料具

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Available online：11 May 2020

中国石油大学

导读

超级电容器（SCs）具有高功率密度和良好的循环稳定性等优点，有望替代二次电池作为理想的储能器件。通过表面功能化或掺杂技术将各种杂原子掺入到碳基材料中，被认为是改善其性能的重要方法。

近日，中国石油大学曹宁等人在在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Recent advances in fluorine-doped/fluorinated carbon-based materials for supercapacitors”的文章。Teng Wang与Xiaobei Zang为本文共同第一作者。

文章综述了各种氟掺杂/氟化碳基材料的发展历程、制备路线和应用领域。本文综述了氟元素参与对电化学性能的优化作用。此外，与大型储能装置相比，小型化、柔性化、平面化是SCs发展的新趋势。掺氟/氟化碳基材料具有广阔的应用前景。

关键词

氟掺杂/氟化碳基材料，储能，超级电容器

背景简介

1、纳米碳基材料

近年来，纳米科技的蓬勃发展丰富了碳基材料的种类，如零维富勒烯衍生物、碳微球、一维碳纳米管、碳纳米纤维、二维石墨烯和石墨烯等。这些纳米结构可以组装成三维活性炭、凝胶和介孔炭。由于具有优异的导电性、高比表面积（SSA）、优异的电化学和力学性能，这些材料被广泛用作电能存储电极。

2、纳米碳基材料改性方法

为了最大限度地发挥碳材料在电极上的应用潜力，人们对碳材料进行了各种进一步的改性，并不断证明掺杂杂原子（N，B，S，P，F）是非常有效的。

氮掺杂石墨烯/复合材料作为电极材料的研究已经比较成熟，其性能也最为突出。超级电容器用碳材料已被广泛报道。然而，目前对用于超级电容器的氟掺杂/氟化碳基材料的研究还很少。这种掺杂总是能提供丰富的C-F键，改变碳材料的微观结构，使其具有优异的电化学性能。与C（2.5）、H（2.2）和O（3.4）原子相比，F原子具有更高的电负性（4.0）。

具有吸引力的是，氟化碳材料由于碳与氟原子间电负性（1.5）不同，具有离子键、半离子键和共价键三种C-F键特征，半经验值导致材料的性能变化。此外，还可以通过反应时间、反应温度、氟化剂的选择等因素来调节材料中各种C-F键的含量。总之，氟的掺入不仅可以改变碳化前驱体的物理化学性质，而且可以控制其形貌和结构以提高比表面积。因此，氟掺杂/氟化碳基材料能够在储能中发挥重要作用，特别是超级电容器。

文章介绍

本文作者综述了掺氟/氟化碳材料的发展简史、基本机理、性能指标以及实际的电荷储存过程。在此基础上，总结了其应用领域，揭示了其潜在的优势，并列举了一些主要的制备工艺。

重点介绍了近年来用于SCs的掺氟/氟化碳基材料的研究进展。如图1所示，根据维度将掺氟/氟化碳材料分为四个部分，维度是性能的关键参数之一。为了说明氟原子的引入对电化学性能的影响，还对氟原子的电化学性能进行了讨论。最后，提出了未来可能的研究和商业发展趋势，以优化其性能。

图1

文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829720301720

老师简介:

曹宁副教授

学习与工作经历：

2000.9-2004.7，山东大学材料科学与工程学院，学士；
2004.9-2007.7，山东大学材料科学与工程学院，硕士，导师：李木森教授；
2007.9-2010.6，山东大学材料科学与工程学院，博士，导师：李木森教授；
2010.7-2014.11，中国石油大学（华东），机电工程学院，讲师；
2011.5-2013.12，中国石油大学（华东），动力工程及工程热物理博士后流动站，博士后，合作导师：王勇教授；
2014.12至今，中国石油大学（华东），机电工程学院，副教授。
2015.8-2016.8，法国国家科学研究中心IEMN研究所，国家公派访问学者。