广东石油化工学院-基于分子前驱体的三维类石墨烯多孔碳纳米片设计及超级电容器应用-石墨烯产业专题

广东石油化工学院-基于分子前驱体的三维类石墨烯多孔碳纳米片设计及超级电容器应用

时间:2019-01-18 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

【引言】

超级电容器是一种高效、耐用的的存储设备，在便携式电子设备和混合动力汽车领域受到广泛关注。超级电容器主要以活性炭、介孔碳等多孔碳电极为基础，其本质上依赖于电极表面离子吸附的电双层电容。目前，具有良好形貌和多孔结构的多孔碳电极材料的设计与合成已成为高性能超级电容器发展的重要课题之一。在各种多孔碳材料中，三维（3-D）石墨烯类多孔碳纳米板（GPCNs）最近被证明是一种先进的碳材料。三维GPCNs由于其具有高度的三维网络结构、高导电性和良好的结构稳定性，可以为高性能超级电容器电极的设计提供良好的应用条件。另一方面，三维石墨烯类碳网络的分层多孔结构由于其快速的传质和高效的离子吸附，可以产生显著地电双层电容。多年来，在电化学储能领域中，多种碳质前驱体被选为通用三维GPCNs的设计和合成。其中生物量前体和分子前体是重要的两大类。然而，由分子前体衍生的三维GPCNs仍面临着合成过程复杂、生产成本高、厚度不均匀、比表面积小等巨大挑战。因此，开发一种简单有效的制备具有超薄纳米结构（＜10nm）和高比表面积（＞2000m2g-1）的高性能三维GPCNs的技术迫在眉睫。

【成果简介】

广东石油化工学院的李泽胜(通讯)等人报道了一种方便、高效的一锅KOH活化技术（采用低成本的石油焦埋保护法）利用广泛使用的表面活性剂（Tween-20）作为碳源（即分子前体），合成了新型三维石墨烯类碳纳米薄片（即三维GPCNs）网络。合成的材料具有良好的三维网络结构和分层多孔结构（比表面积2017.3m2g-1），且具有典型的8.5nm厚度的纳米片，以及大量的微孔结构（＜2nm）和部分介孔结构（2-3nm）。作为一种很有前途的超级电容器电极，其比电容高达316.8Fg-1，在电流密度为1Ag-1 的情况下进行循环稳定性测试，结果表明制备的电极在1molL-1KOH水溶液中具有良好的循环稳定性（2000次循环后保持率为92.5%）。在GPCNs材料的分级多孔产物中，微孔比例高达62%中孔和大孔的比例分别只有23%和15%。相关成果以“Three-dimensional graphene-like porous carbon nanosheets derived from molecular precursor for high-performance supercapacitor application”发表在Electrochimica Acta （一区，影响因子5.116）上。

【图文导读】

图1所示。生物质和分子前体形成3-D GPCN的原理图。