SCMs|分子工程化可持续制备多元素掺杂的分级多孔碳材料用于高性能锌离子存储

具备低价、优异倍率性能、长寿命、高安全性的水系锌离子混合电容器（ZHSCs）是理想的下一代能量存储器件，高比表面积、多级孔、富缺陷的掺杂分级多孔碳（HD-HPCs）是非常有前景的ZHSCs正极材料。但是，可持续且可控原位构筑同时具备多种结构组分优势的HDHPCs仍然面临挑战。

近日，北京理工大学白莹教授、吴川教授等人在Science China Materials发表研究论文，提出一种新的分子工程化策略，即直接碳化富含多种异质原子的超分子前驱体，便可实现原位构筑多元掺杂HDHPCs，并可以作为高性能水系ZHSCs的正极材料。

本文要点：

1) 这种绿色可持续的分子工程化策略具有多种优势，包括不需要额外的成孔技术、活化剂、模板剂以及复杂且危险的清洗过程。

2) 由于富杂原子超分子前驱体具有较高的活性，高温碳化过程中杂原子以及邻近杂原子的碳原子很容易从碳骨架中脱离，形成丰富的微介孔结构。

3) 活性结构与组分优化后的正极材料在水系ZHSCs中0.5和20 A g^-1下容量分别达到139.2和88.9 mA h g^-1，在准固态ZHSCs中0.5 A g^-1下容量也能够达到111.5 mA h g^-1。水系和准固态ZHSCs也具备高能量和功率密度，以及长循环稳定性。

4) 理论计算表明多原子掺杂能够协同提升碳材料的导电性，且降低锌离子与碳之间的相互作用能垒，因而提升锌离子的吸附性能。

本工作为直接制备HD-HPCs及其电化学储能应用提供了新思路。

文章信息

Liu M., Wu F., Feng X., et al. Molecular engineering toward sustainable development of multiple-doped hierarchical porous carbons for superior zinc ion storage. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2176-6

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