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成果简介

本文，四川大学高分子科学与工程学院KeZeng、GangYang等研究人员在《ACSAppl.EnergyMater》期刊发表“Seaweed-likeNitrogen-DopedPorousCarbonSuperstructuresviaanUltrasonicAtomizationIceTemplateasHigh-PerformanceElectrodesinSupercapacitors”的论文，研究通过一种超声波雾化冰模板(UAIT)策略制备可以热解成海藻状氮掺杂多孔碳的聚合物纳米片。发现高频超声可有效地将散装溶液雾化成微米/亚微米液滴，从而扩大了原料液的表面积，从而促进了冰模板在液氮中的生长动力学。

这一关键因素负责形成独特结构的纳米片形态并将其组装成三维(3D)超结构，然后将其复制到最终的多孔碳产品中。超声雾化步骤（单喷嘴）的制造效率范围为0.09至1.35gh–1.所合成的碳纳米片的厚度通过聚合物前体溶液的浓度有效地调节。得益于分层多孔、互连的纳米片结构、高比表面积和氮掺杂，所获得的3D碳超结构可用作超级电容器中的高性能电极，并表现出高容量、优异的倍率性能和长期稳定。这项工作将为简便且可扩展地制备具有超越超级电容器的多种功能和应用的海藻状超结构多孔碳开辟一条途径。

图文导读

图1.(a)聚酰亚胺纳米片和3D碳超结构的制造方案。(b)提出的2D纳米片形成机制和组装的3D上层结构：(i)液滴的快速径向冷冻，(ii)冰模板生长和2D纳米片形成，(iii)冰模板合并和分层组装到海藻状3D上层结构，和（iv）通过在氩气气氛中热解PI生成3D碳上层结构。插图表明层次结构呈现出海藻状形态

图2.(a)PN-0.5、(b)PN-1、(c)PN-2.5、(d)PN-5和(e)PN-7.5的SEM图像。(f)聚酰亚胺片材厚度作为PAS溶液浓度的函数。观察到线性关系。

图3.(a)XRD谱图，(b)拉曼光谱，(c)XPS测量光谱，(d)高分辨率N1sXPS光谱，(e)氮吸附-脱附等温线，和(f)相应的孔径分布NPCN-1、NPCN-2.5、NPCN-5和PCF-1的曲线。

图4.NPCN-1、NPCN-2.5、NPCN-5和PCF-1在使用6MKOH作为水性电解质的三电极系统中的电化学性能

图6.由NPCN-1组装的对称电容器的纽扣电池的电化学特性。

小结

综上所述，作者发现了一种新颖、简便且形态可调的UAIT方法，用于以聚酰亚胺为模型前体构建3D碳超结构。相信UAIT方法具有通用性，可为具有独特自组装形态的功能性纳米材料提供简单、通用、可扩展的制备平台，这些材料对各种潜在应用具有吸引力。

文献：


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