Small:通用制备策略和溶剂化结构调控助力实现优异储钠动力学的介孔中空碳球

多孔碳纳米材料,由于其坚固的二维结构和大的表面积,便于电子传输和更多的活性位点等特点,是最有前途的负极材料之一。碳负极的钠离子储存性能在很大程度上取决于其在电池中的应用。而储存性能的体现主要体现在碳负极的表面积、孔隙结构、形态和组成。为了在混合电容器中获得快速储存钠离子以及更高的电化学活性,往往需要高的比表面积和多孔结构。

福建师范大学洪振生课题组将PDA聚合与金属催化相结合,通过修订Stöber法调控缩合过程,并在金属(Zn, Bi, Cu)的辅助催化下可控合成了结构、形貌和组成可调的介孔中空碳材料。锌金属催化具有显著的脱氧作用,形成了具有超高比表面积(超过1600 m2/g)和低含氧量的空心纳米碳,并具有最优异的储钠性能。

由于高比表面积、均匀的介孔分布和稳定的结构,这种纳米碳负极表现出优异的速率能力、长循环稳定性和用于钠离子存储的电容控制行为。与之兼容的醚基电解质提高了碳阳极表面的Na+扩散系数和表面静电相互作用,从而提高了碳阳极的电化学性能和卓越的动力学性能。本研究为制备具有优异结构性能的空心碳材料提供了一种通用的方法,并用分子动力学模拟和DFT计算证明了调控钠离子溶剂化结构对增强Na+表面输运的动力学机制。最后与磷酸钒钠正极搭配构建了钠离子混合电容器,该储能器件同时具有较高的能量密度和出色的功率密度。

该项目获得国家自然科学基金 (51874099,U1505241);福建省自然科学基金重点项目 (2021J02031) 以及洪堡基金会等资助,谨此感谢。

论文信息:

A General Synthesis of Mesoporous Hollow Carbon Spheres with Extraordinary Sodium Storage Kinetics by Engineering Solvation Structure

Yang Chen, Si Zhao, Yueyue Yu, Mingdeng Wei, Sanjay Mathur, Zhensheng Hong*

Small

DOI: 10.1002/smll.202106513

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202106513