基于结构调节碳材料的掺氮种类和含量及其超级电容器储能应用

碳材料是极具潜力的超级电容器电极材料,但是其容量较低。异质原子掺杂,尤其是氮掺杂,是大幅度提高碳材料电化学性能的有效方法。但是在碳材料中实现高含量的活性氮掺杂仍极具挑战。本研究通过Si–O–Si网络和氧化铝之间的相互作用成功调节碳材料的掺氮种类及其含量。除此之外,通过调节前驱体组成,碳材料的结构可以从珊瑚状转变为三维结构。在反应中,氧化物中的氧原子可以和碳材料中氮原子成键,氮原子不易逃离,从而实现高含量氮掺杂(5.29at%@1000℃)。另一方面,相互作用使碳材料孔体积增大(1.78 m^(3)·g^(-1))和孔径分布加宽(0.5~60 nm)。因此,获得的富氮掺杂碳材料具有302 F·g^(-1)@1 A·g^(-1)的高容量和177 F·g^(-1)@120 A·g^(-1)的杰出倍率性能。此独特的固氮方法是一种有潜力的制备高性能超级电容器电极材料的策略。