多孔碳纳米片的制备及其在电化学领域的应用研究进展
2020-01-13狄莹莹何文维任鹏刚宋振继
合成纤维工业 2020年2期
狄莹莹,何文维,任鹏刚* ,宋振继
(1.陕西工业职业技术学院 财经与旅游学院,陕西 咸阳 712000;2.西安理工大学 印刷包装与数字媒体学院,陕西 西安 710048; 3.秦川机床工具集团股份公司,陕西 宝鸡 721009)
进入21世纪以来,不断增大的燃料消耗和能源短缺之间的矛盾引起了人们的广泛关注。科学家们一直在追求能源高效存储与转换,例如:可充电电池、超级电容器、燃料电池[1-3]等。这些器件性能提高的关键是开发具有独特结构的电活性材料。超薄的二维材料,如黑磷、过渡金属片层、水滑石、六方氮化硼和金属碳化物(MXenes)等因其具有丰富的活性位点,优异的物理、化学和电子特性,成为下一代电化学能源设备的候选材料[4],大量应用于能源储存与转换领域[5-7]。
二维多孔碳纳米片(PCNs)指厚度为纳米尺寸的多孔碳材料以及基于这些碳材料的一些改性复合物,包括杂原子掺杂多孔碳纳米片、过渡金属纳米粒子嵌入碳片层、三明治结构的碳纳米片层复合物等。独特的二维尺度和多孔形态使PCNs具有许多优异的理化性质:(1)多孔结构可以有效防止片层堆叠,获得较大的比表面积和丰富的电化学活性位点[8-9],利于传质和电荷转移,从而提高电催化活性;(2)相互连通的多孔网络结构缩短了离子传输距离[10],利于电解质的渗透并形成良好的电极-电解质界面[11];(3)较大的内部自由空间有利于充放电循环过程中的体积变化,保障了器件的长期稳定性能[12]。理想的分级多孔,大比表面积,异质参杂可有效提高比电容,进而制备出性能优异的超级电容器。……
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