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 超級電容器具有功率密度高、充放電速度快和循環壽命長等特點，因而備受基礎和應用研究人員的關注。超級電容器電極主要選用多孔炭材料，而多孔炭電極的容量和能量密度較低使其應用受到限制。湖南大學材料科學與工程學院鐘文斌教授課題組從環保、性價比和多孔炭電極性能等多方面考慮，采用造紙廢液中的主要成分生物質衍生物木質素磺酸鈉作為炭源和己二胺作為氮源，經水熱交聯和活化后獲得了高電化學性能的氮摻雜多孔炭材料。該研究成果以 “ Three-dimensional nitrogen-doped hierarchical porous carbon derived from cross-linked lignin derivatives for high performance supercapacitors” ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468618313884 ) 為題發表在《 Electrochimica Acta 》上，碩士研究生張武為論文第一作者，喻楚英助理教授為共同通訊作者。

圖 1. 木質素磺酸鈉的分子結構、 氮摻雜多孔炭的形貌和電化學性能

采用具有腐蝕性的 KOH 等作為活化試劑合成氮摻雜多孔炭常常導致產率和氮的摻雜量較低。針對此問題，鐘文斌教授課題組提出了金屬 ( 如 Fe3 , Co2 , Ni2 和 Cu2 等 )- 有機 ( 如 4,4- 聯吡啶 ) 配位聚合物作為前驅體制備氮摻雜多孔炭的方法，并對此途徑開展了一系列研究。當該類前驅體結合氧化石墨烯時能高產率的合成高摻雜量的多孔炭基電極材料， 2017 年碩士研究生羅金偉將該成果發表在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》上，文章鏈接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6b10201 。近期，喻楚英助理教授將該類前驅體結合多壁碳納米管合成了電化學性能優異的炭基電極材料，該成果以 “Metal-organic coordination polymer multi-walled carbon nanotubes composites to prepare N-doped hierarchical porous carbon for high performance supercapacitors” ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0013468618316943?via=ihub ) 為題發表在 《 Electrochimica Acta 》上。

圖 2 . 金屬 - 有機配位聚合物與多壁碳納米管復合的過程示意圖以及所制備的氮摻雜多孔炭基材料的微觀形貌和電化學性能

備注：喻楚英，助理教授， 2017 年在倫敦大學瑪麗皇后學院獲得博士學位，以第一作者在 Journal of the European Ceramic Society ， Applied Physics Letters 和 Scientific Reports 等期刊發表多篇研究成果，于 2017 年 10 月入職湖南大學材料科學與工程學院。