复旦大学化学系无机化学赵东元

gongbai

介孔碳纳米球由于具有高的热稳定性、良好的导电性及较短的传输路径等优点，因而在催化、吸附和储能等领域具有广泛的应用。通常在碳骨架中引入杂原子，尤其是氮原子，能够有效提高碳材料自身的物理化学性质。因此，含氮的介孔碳纳米球越来越引起研究人员们的注意。然而，目前所报道的介孔碳纳米球的氮含量较低（10 wt%，800 °C）。而许多研究表明：在一定条件下，碳材料的电化学性能随着氮含量的增加而显著提高。因此，如何制备高含氮介孔碳纳米球仍然具有挑战。

       近日，复旦大学的赵东元院士课题组首次利用密胺树脂作为前驱体，通过水相乳液聚合自组装的方法成功合成了超高氮含量（15.6 wt%，800 °C）的单分散介孔碳纳米球。该介孔碳纳米球拥有高的比表面积（791–883 m2 g−1）、大的孔径（6.7–8.1 nm）和可调的粒径（20–80 nm）等，在钠离子存储领域显示出了优异的电化学性能。该工作发表在Small Methods（DOI:10.1002/smtd.202001137）上。
       该高含氮介孔碳纳米球作为钠离子电池阳极材料，显示出了优异的电化学性能。在循环伏安曲线中，从第五次充放电过程后曲线几乎不变，表明较好的稳定性。同时，该材料在不同电流密度（0.06至3 A g−1）下显示出很好的倍率性能。与之相比，低氮含量（5.5 wt%）的介孔碳球则表现出较差的充放电性能。这表明超高的氮含量进一步增加了介孔碳球与电解液的充分接触，同时增加了钠离子的吸附位点。
       赵东元院士等研究者采用分步的水相乳液聚合自组装的策略，合成了超高氮含量的介孔碳纳米球。该介孔碳纳米球在钠离子存储过程中表现出了优异的电化学性能。该工作充分探究了密胺树脂的聚合自组装行为及其热解行为，为新型介孔碳材料的构筑提供了新的思路。