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曲阜师范大学 JMCA: 设计具有双支撑结构的多孔碳:采用双向锚定策略来提高超级电容器整体性能

科学材料站

2021-02-06

导读：该篇文章中，作者以聚（4-乙烯基吡啶）和聚丙烯腈作为碳前驱体，通过双向锚定策略制备了具有双面互为支撑结构的类珊瑚状多孔碳片，该碳材料具有超低的比表面积和中等填充密度

文章信息

设计具有双支撑结构的多孔碳:采用双向锚定策略来提高超级电容器整体性能

第一作者: 刘玉静

通讯作者: 应安国*

单位: 曲阜师范大学化学与化工学院

研究背景

碳材料作为经典的双电层电容器材料始终是该领域的研究热点。碳材料的质量比电容是一直关注的性能指标。随着器件的微型化和精密化，能源存储装置中要求储能器件尽可能在一个相对有限的空间释放能量，故体积比电容或者面积比电容是评价电容器电荷储存能力更可靠且更重要的参数。因此，制备高质量比电容同时兼顾高质量比容量和高体积比容量的电极材料尤为重要。

文章简介

近日，曲阜师范大学的刘玉静讲师和应安国教授在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Design of Unique Porous Carbons with Double Support Structure: Toward Overall Performance by Employing Bidirectional Anchoring Strategy”的文章。

该篇文章中，作者以聚（4-乙烯基吡啶）（P4VP）和聚丙烯腈（PAN）作为碳前驱体，通过双向锚定策略制备了具有双面互为支撑结构的类珊瑚状多孔碳片（CPCS），该碳材料具有超低的比表面积和中等填充密度。

同时，该双向锚定结构可使两侧的缺陷完全暴露。得益于此，制备的碳材料在重量比电容、体积比电容及面积比电容均表现了卓越的性能。

图1双向锚定法制备多孔碳材料的示意图与形貌图

本文要点

要点一: 双向锚定策略

一般而言，普遍认为锚定法是主体结构提供用于捕获及固定客体分子的锚定点，其作用方式是单向固定。

本文中的双向锚定法主体和客体在不同的时间空间内角色互相转化，且作用方式是双向固定。我们将双向锚定策略具体根据不同的作用阶段分为“锚定聚合”和“锚定热解”。

在聚合阶段，P4VP为丙烯腈单体的生长提供锚定点，使其表面被均匀的负载一层聚丙烯腈，该过程称之为“锚定聚合”。

随后，在碳化阶段中聚丙烯腈的环化结构可以锚定P4VP，避免高温熔融，该过程称之为“锚定热解”。双向锚定策略为新材料的制备扩展了新空间。

要点二: 双面支撑结构可使缺陷充分暴露

最近的研究发现，缺陷工程是一种提高电容性能独特而有效的策略。

本文中制备的双面支撑结构在碳化剥离阶段使缺陷充分暴露，首先，内侧结构为P4VP基碳材料，由于苯乙烯的热解剥离使其壳内部的缺陷得以充分暴露，

其次，外侧结构丙烯腈基碳材料，由于自身硬碳的性质含有大量的缺陷。除此之外，大量的杂原子为两侧提供了一定比例的缺陷。结合碳材料的中等密度和超低比表面积，制备的碳材料表现了整体优异的电容性能。

文章链接

Design of Unique Porous Carbons with Double Support Structure: Toward Overall Performance by Employing Bidirectional Anchoring Strategy

https://doi.org/10.1039/D0TA09882E

通讯作者介绍

应安国，男，教授，工学博士，研究生导师，浙江省高校中青年学科带头人。

本硕博分别毕业于浙江工业大学、天津大学和浙江大学化工专业，于2015年赴美国加州大学圣芭芭拉分校进行国家公派访学一年。在浙江医药和浙江新安化工等企业工作六年，负责产品小试、中试到生产的全过程。研究方向:聚合纳米微球催化剂的开发和应用；磁性介孔聚合离子液体的设计、开发与应用；精细化学品开发；药物合成；绿色有机方法学研究；化工新型分离技术的开发和应用。主持作为负责人承担国家自然科学基金3项；浙江省自然科学基金面上项目1项；中国博士后基金1项；企业横向合作项目3项。已在各大国际主流杂志发表SCI收录论文40篇，其中以第一作者（共同第一作者）和通讯作者发表30篇，以第一发明人获得授权国家发明专利17项，以第一完成人获台州市科技进步二等奖和三等奖各1项。

第一作者介绍

刘玉静，女，理学博士。

研究方向纳米材料和碳微球的制备及其在超级电容器中的应用。现任曲阜师范大学化学与化工学院讲师。

课题组介绍

课题组网页

https://www.x-mol.com/groups/Ying_Anguo