溶液自組裝製備花狀多級結構碳材料

由碳納米管和石墨烯等低維碳材料構築的多級結構碳材料不僅可以繼承其構築單元的優異物理化學性質，還能避免它們的團聚或堆疊，有效地提高材料的表面積，使其活性位點充分暴露，從而大幅提升材料的性能，在能源領域（如燃料電池，超級電容器，鋰離子電池等）有著誘人的應用前景。然而，多級結構碳材料的構築單元目前仍主要局限於石墨烯、碳納米管或碳纖維等，對於其結構、組成和性能的調節和控制也因而受到限制。因此，開發多級結構碳材料的新結構概念和製備方法將會是豐富其種類和拓展其應用的關鍵。

針對這一點，德國德累斯頓工業大學教授、上海交通大學特聘教授馮新亮同交通大學化學化工學院的吳東清副教授及其研究團隊設計了獨特的溶液自組裝路線，以聚醯亞胺（PI）為原料，通過調節溶劑和濃度等條件，製備了由二維片狀PI組成的具有花狀形貌的多級結構聚合物。在經過碳化/氨氣活化等步驟處理後，可以進一步得到保留了原有花狀多級結構的氮摻雜碳材料（NPC-F）。得益於高表面積，高氮摻雜量以及自支撐的三維多級結構，NPC-F不僅展現出優異的氧還原電催化性能，在作為超級電容器的電極材料時也表現出高的容量以及超穩定的循環性能。該工作不但成功製備了具有新穎多級結構的高性能碳材料，也為從分子設計角度構築多級結構碳材料提供了新思路。相關結果發表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201505131）上。

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