AFM：N、P、S三种元素掺杂碳用于高性能超级电容器

纳米技术

2020-12-24

日益发展的能源存储技术对多功能先进材料有广泛需求，近期研究发现多种杂原子修饰的碳材料能够实现多功能的能源存储和转化，但是很少有相关研究对这种多功能产生的原因进行阐释。有鉴于此，北德克萨斯大学的夏振海、温州大学金辉乐等报道了一种N、P、S三种元素掺杂的多孔碳，具有丰富的杂原子掺杂、较高的质量密度、在超级电容器/ORR中展示了优异的双功能性质。

本文要点：

（1）

通过原位聚合、后期煅烧两步反应过程，合成多种元素掺杂碳材料。当材料中的掺杂元素不同、前体分子有区别，得到的多元素掺杂碳材料的形貌有所区别。其中，制备得到的N、P、S三种元素掺杂的碳材料体现纳米薄片结构，这种片层结构有效的改善了电子传输性能。通过这种材料的多孔结构，得到超高的比表面积，实现了比较高的充放电容量，在150 A g^-1中的容量达到51.6 F g^-1，体积电容达到530.4 F cm^-3。得到的结构对称超级电容器能量密度达到18.5 Wh kg^-1，50 A g^-1过程中循环寿命达到＞20 K。

（2）

通过DFT计算模拟，展示了双掺杂、三元素掺杂比单一元素掺杂能够生成更多相邻活性位点，同时相同的催化位点在双功能催化上性质更好。

该研究为设计未来优异催化性能的多功能催化剂提供指导和帮助。

参考文献

Xiaowei Wang, Chao Yang, Jun Li, Xi’an Chen, Keqin Yang, Xiaochun Yu, Dajie Lin,

Qingcheng Zhang, Shun Wang, Jichang Wang, Zhenhai Xia,* and Huile Jin*, Insights of Heteroatoms Doping-Enhanced Bifunctionalities on Carbon Based Energy Storage and Conversion, Adv. Funct. Mater. 2020, 2009109

DOI: 10.1002/adfm.202009109

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202009109