胡友仁， 董晓玲， 侯 璐， 庄洪坤， 李文翠*

（大连理工大学 化工学院，辽宁 大连 116024）

1 前言

超级电容器由于其高功率密度、长循环寿命等方面的显著优势，可作为电子设备、动力汽车和轨道交通的辅助电源[1–3]。多孔炭电极材料因其良好的导电性、稳定的物理化学性质、丰富的微观结构与可控的表面化学性质是应用广泛的超级电容器电极材料，但基于表面离子吸/脱附的双电层电容储能机制使炭基电极材料的比电容通常不超过300 F·g−1[4–5]。与高比电容的金属氧化物构建复合电极可提高炭基超级电容器的比容量，但会降低电极反应动力学和稳定性。如何在不牺牲电极功率密度和循环寿命的前提下提升炭基电极的能量密度，拓宽超级电容器的应用场景，是当前的研究热点。

在炭基材料中引入杂原子可以改善电极浸润性，增加可接触比表面积，提升双电层电容，并且部分官能团可以与电解质离子发生氧化还原反应提供额外的赝电容[6–8]。目前，包括硼、氮、氧在内的多种杂原子已被应用于炭基电极材料的掺杂改性，其中硼、氮元素在碳骨架中的掺杂可以提供额外的电子和导电空穴，改善炭基电极的导电性[9–10]。而特定种类的氮、氧官能团如吡啶氮、吡咯氮和醌基氧则可以提供丰富的氧化还原赝电容[11–13]。其中醌基官能团因具有良好可逆性和快速动力学的两电子转移反应，是公认的理想赝电容基团[14–15]。虽然特定含氧官能团可以大幅提升炭基电极的比电容，但过量引入会不可避免地降低导电性，因此对炭基材料中含氧官能团含量与种类进行设计和优化，以促进氧化还原赝电容的高效发挥，是制备高性能炭基超级电容器电极材料的关键。……