大連化物所共軛微孔高分子應用于超級電容器研究獲進展
時間:2017-12-11 11:53來源:中科院 作者:綜合報道
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大連化物所共軛微孔高分子應用于超級電容器研究獲進展
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?guī)涱I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，制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(guān)成果發(fā)表在《德國應用化學》上。
超級電容器作為一種新型環(huán)保儲能器件已被廣泛應用于混合動力電動車。由于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(guān)鍵。研究人員發(fā)現(xiàn)，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。基于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。在目前報道用于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于5at%。
為攻克上述問題，該合作團隊跳出氮摻雜的碳材料范疇，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于共價三嗪框架結(jié)構(gòu)的、高比表面和高含氮量的導電共軛微孔高分子，并將其應用于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，明顯高于商用活性炭的比容量（100-200F/g），并且具有顯著的循環(huán)穩(wěn)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(fā)性能更高的超級電容器電極材料提供了新思路。
1109組致力于共軛微孔高分子的模擬設計與合成應用，開發(fā)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(zhuǎn)化材料。DNL21T3致力于高比能、柔性化、微型化超級電容器開發(fā)，開發(fā)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(fā)揮了兩個團隊的長處，共同圍繞一個重要研究方向，實現(xiàn)了兩個領域的完美結(jié)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(fā)計劃等的資助。
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