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青島能源所制備出電化學性能優異的石墨炔基新型儲能材料
2019-04-24 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:碳基材料與能源應用研究組
    
   伴隨著可再生的風、光等非化石能源的發展,能源和環境方面的種種壓力和問題將不斷得到改善。然而像光能、風能等能源具有不穩定、不連續、不可控等缺點,而這些往往會造成巨大的能量損失。僅在2016年,我國由于不可控而造成的棄風、棄光電量就達到了500億千瓦時,而這一數據已經超過了某些國家一年的用電量。要解決這一問題,就需要儲能器件和技術的進一步發展,而大規模儲能的瓶頸之一就是能源存儲和轉換材料的發展。

  碳材料,特別是二維碳材料,如石墨炔、石墨烯,具有高度共軛的碳骨架,均勻分布的孔隙和二維層狀平面特性,擁有巨大的應用前景。其中由苯環和炔鍵鏈接構成的石墨炔類碳材料,具有更大的孔道構造和大量的sp雜化碳原子,能夠提供豐富的離子通道和催化活性位點。青島能源所碳基材料與能源應用研究組研究發現,石墨炔碳材料可以通過前驅體控制、化學鍵合、熱處理等方式引入特定的異原子,增加更多的活性位點或者催化中心,進而制備出電化學性能更好的儲能材料、電催化材料,在電化學儲能、燃料電池電催化等領域具有重要的應用前景,相關文章一經發表就被多個國際知名期刊選為封面文章。

  研究組基于石墨炔類碳材料的可控制備和應用,在可充電電池、太陽能電池、催化劑和電子材料等領域均取得了一系列重要的研究進展。石墨炔中富含大量的乙炔鏈,而這些乙炔鏈中的sp雜化碳一方面可以作為反應的活性位點,同時也可以作為異原子的附著點位,研究人員充分利用石墨炔的這一特點,通過對石墨炔類碳材料進行異原子摻雜(如鐵、氮、硫等)制備得到了石墨炔異原子摻雜材料;進一步的應用研究表明,所制備的摻雜石墨炔類碳材料在鋰離子電池、鋰離子電容器、鈉離子電容器以及電催化等器件應用中均表現出優異的電化學性能。相關成果已經分別作為期刊封面發表在國際知名期刊CARBON, Chem. Eur. J., ChemSusChem和ChemElectroChem上(DOI: 10.1016/j.carbon.2018.05.049, 10.1002/celc.201800300, 10.1002/celc.201800516, 10.1002/cssc.201802170, 10.1002/chem.201900477, 10.1002/chem.201900943)。上述研究成果對于新型碳材料的開發制備及其催化、儲能應用具有重要的指導意義。

  本研究得到了國家自然科學基金項目,中科院前沿重點項目,山東省自然科學基金的支持(更多信息請訪問http://cs.qibebt.ac.cn:8081/research)。 (文/圖 楊澤)

圖 碳基材料與能源應用研究組近期在國際知名期刊發表的封面文章

  

 
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