华南理工大学:低成本、批量生产二维超薄多层次多孔碳纳米片,用于高性能超级电容器

超级电容+
2023-06-20
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1成果简介 

二维碳纳米材料,如石墨烯、碳纳米片及其衍生物,代表着新兴的一类先进的多功能材料,由于其广泛的应用,从电化学到催化,已经获得了巨大的研究兴趣。然而,通过绿色和低成本的策略,可持续和可扩展地合成具有分层结构和不规则结构的二维碳纳米片(CNs)仍然是一个巨大的挑战。然而,通过绿色和低成本策略可持续和可扩展地合成具有分层结构和不规则结构的二维碳纳米片(CNs)仍然是一个巨大的挑战。本文,华南理工大学曾劲松、Jinpeng Li等研究人员在《Small》期刊发表名为“Sustainable and Scalable Synthesis of 2D Ultrathin Hierarchical Porous Carbon Nanosheets for High-Performance Supercapacitor”的论文,研究采用制浆工业的工业副产品预水解液(PHL)通过简单的水热碳化技术合成CN。

经过NH4Cl和FeCl3的温和活化,所制备的活性CNs(A-CN@NFe)显示出超薄的结构(≈3nm)和理想的比表面积(1021 m2 g-1),具有分层的多孔结构,这使得它既可以成为电活性材料,也可以成为纳米纤维素/A-CN@NFe/聚吡咯(NCP)纳米复合材料的结构支撑材料,从而使纳米复合材料在1 mA cm−2下具有2546.3 mF cm−2的优异的电容性能。此外,由此产生的全固态对称超级电容器在250.0µW cm-2时提供优异的90.1µWh cm-2的储能能力。因此,这项工作不仅为CNs的可持续和可扩展的合成打开了一扇新的窗口,而且还为储能和生物炼制工业提供了一个双重利润战略。

2图文导读  

图1、a) PHL和NFCs悬浮液制备示意图。b) A-CN@NFe的制造溃败。c) NCP纳米复合材料的形成机理。

图2、活化过程中CNs的微观结构

图3、A-CN、A-CN@N和A-CN@NFe的表征

图4、a) NCP2:0:2, b) NCP2:1:2, c) NCP2:2:2 和 d) NCP2:4:2 的横截面的 FE-SEM 图像。e) NCP 在1mV s-1扫描速率下的CV曲线。g) NCP2:4:2的面积电容与最近研究中的比较。

图6、以NCP2:4:2为电极材料,研究了ASSC的电化学性能

3小结 

总之,我们展示了一种可持续的绿色合成方法,通过水热碳化和活化来开发N/Fe共掺杂CNs。制浆工业副产品PHL因其合理的组分配置,首次被有效地用作新型碳资源,解决了传统CNs制备中收率低和原料有毒问题的缺点。本文展示了这种低成本、绿色和可扩展的策略在可持续和高效地制造NCP作为高性能ASSC电极方面的潜在应用。

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