中南大学提出制备中空结构氮掺杂碳材料的新方法


发布时间:2019-08-27 浏览量 64 views

       近日,中南大学化学化工学院纪效波教授课题组在碳量子点材料的宏量制备、微结构调控及电化学储钾应用方面取得新进展,相关研究成果“Carbon quantum dot micelles tailored hollow carbon anode for fast potassium and sodium storage”发表于国际知名期刊Nano Energy (IF= 15.548,DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104038)上,侯红帅特聘副教授为该论文的通讯作者,2017级硕士生洪弯弯为该论文的第一作者。
       作为当前储能器件研究领域的一个新热点,钾离子电池由于其高能量密度、低成本以及钾储量丰富等优点受到广泛的研究与关注。受钾离子半径大与石墨有限层间距的限制,传统石墨碳负极材料在储钾时常呈现出较差的循环稳定性与倍率性能。与具有紧密排列结构的石墨不同,无定形碳具有相对较大的层间距与无序纳米微晶结构,有望成为钾离子电池高性能负极材料。




       本研究提出了利用碳量子点模板法调控中空聚吡咯进而得到中空结构氮掺杂碳材料的方法。碳量子点在不同醇/水配比溶液中形成大小不同的胶束,可作为聚吡咯包覆生长的内核,聚吡咯包覆后可通过两种途径实现中空结构构筑,一是通过过量乙醇溶解内核后再热解;二是直接热解,富含含氧官能团的碳量子点分解,内部产生空洞,同时分解产生的气体在聚吡咯碳化得到的碳壳层上造出许多微孔,从而实现了碳点的“造空”与“造孔”,最终得到多孔中空氮掺杂碳材料。电化学测试表明,材料具有优异的稳定性与倍率性能:在100 mA g-1的电流密度下循环100圈之后容量保持在254 mAh g-1;在1.0 A g-1电流密度下循环800周之后比容量保持在160mAh g-1;其倍率性能表现为在4.0 A g-1电流密度下比容量保持145 mAh g-1。此外,还对材料的储钾机制进行了系统的研究。
       纪效波教授、侯红帅副教授长期从事碳量子点的相关研究工作,提出了以乙醛、丙酮和氢氧化钠为原料,通过室温羟醛缩合反应宏量制备碳量子点的新方法(Advanced Materials 2015, 27, 7861-7866; Advanced Science 2017, 4 , 1600243),并在碳点衍生碳材料维度调控(Advanced Science 2018, 5, 1800080)、杂原子掺杂(Small 2017, 13, 1700762; Green Chemistry 2017, 19 , 4622-4632)、形貌设计(Advanced Materials 2016, 28 , 9391-9399; Journal of Materials Chemistry A 2016, 4, 12591-12601)、孔隙构筑(Nano Energy,2019, 65, 104038)、表界面改性(Energy & Environmental Science 2013, 6, 3665-3675; Journal of Materials Chemistry A 2015, 3, 5648-5655; Journal of Materials Chemistry A 2015, 3, 866-877)等方面取得了系列研究成果。                                                                        

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        文章来源: 中南大学,于 2019-08-27,由 找我测 编辑发表 。

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