湖南大学在超级电容器炭电极材料方面取得一系列进展

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等特点，因而备受基础和应用研究人员的关注。超级电容器电极主要选用多孔炭材料，而多孔炭电极的容量和能量密度较低使其应用受到限制。湖南大学材料科学与工程学院钟文斌教授课题组从环保、性价比和多孔炭电极性能等多方面考虑，采用造纸废液中的主要成分生物质衍生物木质素磺酸钠作为炭源和己二胺作为氮源，经水热交联和活化后获得了高电化学性能的氮掺杂多孔炭材料。该研究成果以 “ Three-dimensional nitrogen-doped hierarchical porous carbon derived from cross-linked lignin derivatives for high performance supercapacitors” ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468618313884 ) 为题发表在《 Electrochimica Acta 》上，硕士研究生张武为论文第一作者，喻楚英助理教授为共同通讯作者。

图 1. 木质素磺酸钠的分子结构、 氮掺杂多孔炭的形貌和电化学性能

采用具有腐蚀性的 KOH 等作为活化试剂合成氮掺杂多孔炭常常导致产率和氮的掺杂量较低。针对此问题，钟文斌教授课题组提出了金属 ( 如 Fe3 , Co2 , Ni2 和 Cu2 等 )- 有机 ( 如 4,4- 联吡啶 ) 配位聚合物作为前驱体制备氮掺杂多孔炭的方法，并对此途径开展了一系列研究。当该类前驱体结合氧化石墨烯时能高产率的合成高掺杂量的多孔炭基电极材料， 2017 年硕士研究生罗金伟将该成果发表在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》上，文章链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6b10201 。近期，喻楚英助理教授将该类前驱体结合多壁碳纳米管合成了电化学性能优异的炭基电极材料，该成果以 “Metal-organic coordination polymer multi-walled carbon nanotubes composites to prepare N-doped hierarchical porous carbon for high performance supercapacitors” ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0013468618316943?via=ihub ) 为题发表在 《 Electrochimica Acta 》上。

图 2 . 金属 - 有机配位聚合物与多壁碳纳米管复合的过程示意图以及所制备的氮掺杂多孔炭基材料的微观形貌和电化学性能

备注：喻楚英，助理教授， 2017 年在伦敦大学玛丽皇后学院获得博士学位，以第一作者在 Journal of the European Ceramic Society ， Applied Physics Letters 和 Scientific Reports 等期刊发表多篇研究成果，于 2017 年 10 月入职湖南大学材料科学与工程学院。