基于动力学匹配原则构筑高性能锂离子电容器

锂离子电容器作为新一代电化学储能系统,结合高能量和高功率密度的优势,满足多功能电子设备和电网侧储能的迫切需求。然而,电池型负极和电容型正极之间的动力学不匹配严重制约了其电化学性能。为解决这一瓶颈,制备一种高性能双碳锂离子电容器,该器件采用乙二胺四乙酸铁钠盐(EDTA-Na-Fe)衍生而成的碳材料同时作为正、负极。通过简单的煅烧,EDTA-Na-Fe可直接转化为氮掺杂碳骨架(NCF),该碳骨架具有较高的可逆容量和良好的电化学性能。使用NCF同时作为锂离子电容器的正、负极,能够在0.5~4.0 V的电压区间工作,并且由于使用同样的正负极材料,简化器件的构筑流程;在225 W·kg^(-1)的功率密度下,所构筑器件的能量密度能达到193.4 Wh·kg^(-1)。这种合理的动力学匹配策略为进一步发展高性能锂离子电容器开辟一条新的途径。

羰基化石墨片催化丙烷氧化脱氢制丙烯

以资源丰富的石墨片为原材料,通过简单的气相氧化处理制得羰基化石墨片,并发现羰基化石墨片可以高选择性催化丙烷氧化脱氢制丙烯:当丙烷转化率为12.4%时,丙烯的选择性高达73.9%,且副产物乙烯的选择性为13%。羰基化石墨片优良的烯烃选择性远超利用相同气相氧化处理的碳管,并且可以媲美目前催化性能最优的六方氮化硼材料。催化剂具有良好的稳定性,在505℃的反应温度下,经过48h的氧化脱氢反应测试后,催化剂性能无明显的衰减。多种表征技术表明:气相氧化处理不会破坏石墨片的结构,且保留了石墨自身的高温抗氧化性,而经过气相氧化处理羰基官能团的比例大幅度提高,羰基作为活性位与丙烷中的氢原子发生反应,自身形成羟基而丙烷则转换为丙烯,羟基在高温下与氧原子反应生成为羰基,从而完成催化剂的重生,继续下一个循环。这种发生在催化剂表面的可控催化方式,保证了丙烷氧化脱氢过程中选择性生成丙烯,避免了深度氧化。另外,石墨材料的来源广泛,成本低,作为催化剂可以极大地推动丙烷氧化脱氢的工业化。