《J. Power Sources》：双杂原子界面调控分级多孔碳多面体实现高性能对称超级电容器

Dodecahedral carbon with hierarchical porous channels and bi-heteroatom modulated interface for high-performance symmetric supercapacitors

Jieru Yang, Jian Meng, Leiqian Zhang, Kaibin Chu, Wei Zong, Lingfeng Ge, Siyu Fu, Jiale Ge, Haiyan Zhu, Guanjie He, Dan J.L. Brett, Feili Lai*, Tianxi Liu*

Journal of Power Sources 2022, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232111

由于环境污染和能源短缺，人们对高性能储能技术进行了深度探索。理想的超级电容器所用的碳材料电极应具有较大的比表面积、可控的孔隙结构和优异的表/界面环境。据报道，通过构筑多级孔道结构或者杂原子掺杂修饰的策略，可以显著改善碳材料的电化学性能。然而，由于合成技术的限制，在分级多孔结构的碳材料中实现双杂原子的均匀掺杂仍然是一个巨大的难点。

近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组报道了一种硼、氮双掺杂的分级多孔碳多面体复合材料，并将其用于水系超级电容器。该工作利用COMSOL模拟证实了碳多面体中的分级多孔结构有利于电解液的快速扩散和渗透，并通过DFT计算阐述了硼、氮双原子掺杂可以有效改善电极材料对电解液离子的吸附能力。通过以浸渍法和双溶剂引发法制备了分级多孔ZIF-8，并将其碳化，通过与硼酸混合煅烧的方式制备得到具有硼、氮双掺杂的分级多孔碳多面体复合材料。研究发现，多级孔道结构的构筑和双杂原子的引入有利于电解质的扩散并实现与电解质离子的强耦合作用，从而显著提升了BN-HPC的电化学性能。同时，组装的BN-HPC//BN-HPC对称超级电容器表现出了33.3 Wh kg^-1的高能量密度，表明本工作所制备的电极材料在储能应用的潜力。

本论文第一作者为化工学院硕士研究生杨洁茹，通讯作者为赖飞立博士和刘天西教授。

论文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775322010886

BN-HPC的合成过程示意图及其形貌结构表征