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我校电化学储能技术研究团队在二维能源材料领域取得重要进展
作者:msc   访问量:573   发布时间:2017-06-28


  我校材料科学与技术学院张校刚教授带领的电化学储能技术团队在二维材料的研究方面取得重要进展,该课题组以“Hierarchical porous carbons withlayer-by-layer motif architectures from confined soft-template self-assembly inlayered materials(全文链接)”为题的相关研究工作于6月发表于Nature子刊Nature Communications当中(影响因子11.329),为我院首次以第一单位在该期刊发表研究成果。

  近年来,以石墨烯及金属碳化物(MXene)等为代表的二维材料在电化学储能器件的应用中受到了广泛关注及深入的研究。然而,二维材料在应用中极易发生堆叠,不利于电解液的传输,并导致电化学有效比表面积下降。针对该类问题,课题组提出以MXene为前驱,通过自上而下原子选择性刻蚀的方法,制备出具有类石墨烯超薄碳材料,表现出超高的比表面积、丰富的平面内孔道以及高度石墨化的微观结构。MXene衍生碳及与过渡金属氧化物材料匹配组装应用于超级电容器,显著提高器件的电化学性能,实现了储能器件的“功”、“能”兼顾,相关研究工作发表于Nanoscale2016 (8): 11136-11142及Journalof Power Sources2016 (327): 221-228。

  在此基础上,课题组提出以MXene为前驱,通过在其层间进行酚醛树脂和嵌段共聚物的有机-有机限域自组装,经过高温碳化首次实现MXene和单层有序介孔碳的复合材料;经过氯化处理,得到MXene衍生碳-有序介孔碳复合材料。单层有序介孔碳不仅可以阻止MXene及其衍生碳材料在制备成电极的过程中发生堆叠,其中介孔孔道可以为电解液在片层间的传输提供定向的通道。以MXene衍生碳-有序介孔碳复合材料组装的超级电容器在水系电解液及有机电解液中均表现出高质量能量密度和高体积能量密度。该工作为解决二维材料的堆叠问题提供了一个全新的研究思路。

  课题组所发展的系列二维材料以其独特的微观结构及优异的电化学性能,在能源转化和存储领域表现出巨大应用潜力。相关研究获得了“973”计划、国家自然基金面上项目和江苏省自然科学基金重点专项等项目资助,发表各类高水平学术论文近百余篇。

 

图1MXene衍生碳-有序介孔碳复合材料的制备流程图