近日, 由中國科學院大連化學物理研究所1109組研究員鄧偉僑和DNL21T3研究員吳忠帥領導的合作團隊, 在尋找高比容超級電容器電極材料研究方面取得新進展, 製備出同時具有高比表面積和高含氮量的導電共軛微孔高分子, 相關成果發表在《德國應用化學》上.
超級電容器作為一種新型環保儲能器件已被廣泛應用於混合動力電動車. 由於其通過雙電層機理在電極上存儲大量電荷, 所以尋找具有高比表面積, 高導電的電極材料 (通常是多孔碳材料) , 成為提高器件容量的關鍵. 研究人員發現, 氮摻雜的碳材料可以通過氮原子引入贗電容, 從而能存儲更多的電能. 基於氮摻雜碳材料的研究文獻, 高性能的電極材料需要同時具備高的比表面積和高的氮摻雜量, 而這兩個因素在同一類材料中通常相違背. 在目前報道用於超級電容器的先進電極材料中, 最大比表面積一般未超過3000m2/g, 同時具有高比表面的材料氮摻雜量通常小於5at%.
為攻克上述問題, 該合作團隊跳出氮摻雜的碳材料範疇, 以TCNQ (7,7,8,8-四氰基對醌二甲烷) 為單體, 在離子熱條件下聚合獲得一系列基於共價三嗪框架結構的, 高比表面和高含氮量的導電共軛微孔高分子, 並將其應用於超級電容器電極材料. 其中, 同時具有3663m2/g的超高比表面積和8.13%的高氮含量的導電共軛微孔高分子能夠獲得較高的比容量383F/g, 明顯高於商用活性炭的比容量 (100-200F/g) , 並且具有顯著的迴圈穩定性. 這項工作首次得到了同時具有高比表面和高含氮量的導電共軛微孔高分子, 為開發性能更高的超級電容器電極材料提供了新思路.
1109組致力於共軛微孔高分子的類比設計與合成應用, 開發出不同應用的共軛微孔高分子系列材料, 如儲氫材料, 水處理材料, 二氧化碳捕獲與轉化材料. DNL21T3致力於高比能, 柔性化, 微型化超級電容器開發, 開發出系列二維材料, 如石墨烯和摻雜石墨烯, 黑磷烯, MXene, 聚合物和氧化物納米片. 此次合作充分發揮了兩個團隊的長處, 共同圍繞一個重要研究方向, 實現了兩個領域的完美結合, 有望推動微孔高分子與超級電容器交叉融合. 研究工作得到了國家自然科學基金, 國家重點研發計劃等的資助.
