다공성 탄소 재료 (PCM)는 가스와 액체가 전체 벌크를 침투 할 수 있도록하는 능력으로 인해 과학적, 기술적으로 중요합니다. ( 1 ) 연료 전지, 충전식 배터리, 슈퍼 커패시터 등과 같은 지속 가능하고 청정 에너지 기술을 구축하기위한 주요 구성 요소로 오랫동안 여겨져왔다 ( 2 ) 특히, 개방형 모공 (메소포르, 거대 기공 및 대형 모공 포함)이있는 PCM은 위에서 언급 된 필드에서 더 매력적입니다. 개방형 구멍이 PCM의 벌크 매체와 내부 인터페이스 사이의 빠른 통신을 제공 할 수 있기 때문입니다. ( 3 > )
풍부한 자원과 저렴한 비용에도 불구하고, PCM에 대한 합성 전략은 대부분 H-, O-, N- 또는 S-Moieties와 함께 기능화 된 유기물의 응축, 활성화 단계에 기초하여 주로 설립되었습니다. ) 그러나 이러한 결합을 활성화하기위한 에너지는 일반적으로 매우 높으며, 수요 고 에너지, 많은 양의 위험 가스 부산물이 방출되고 구조 및 다공성에 대한 어려운 제어와 같은 어려운 문제가 남습니다. ( 4 . ) 대부분, 제어 가능한 meso-/매크로 포어를 도입하기 위해서는 크기 분포가 좁은 고체 또는 액체 템플릿이 필요합니다.
이러한 목적을 충족시키기 위해, 우리는 온화한 조건에서 탄소 재료를 빠르게 제작할 수있는 새로운 전략을 개발했습니다. 예를 들어, 탄소 질 물질은 실온에서 KOH에 의한 폴리 비닐 디클로라이드 (PVDC)의 탈할 로겐화를 통해 60 초 안에 얻을 수 있으며, 위험한 부산물은 형성되지 않았다. ) 한편, 다음 연구에 따르면, 탈 할로겐화 전략은 크게 다양한 도펀트 유형 (N, S, P, O 또는 이들의 조합)을 갖는 탄소 재료의 조정 가능한 합성에 적용 할 수 있음을 밝혀냈다 ( 6-8 . ), 형태 (시트, 크럼프, 거품 등) ( 5, 9, 10 ), 가장 중요한 것은 널리 조정 된 다공성 ( 11, 12 ).
이 연구에서, 잘 정의 된 meso-/매크로 포어를 갖는 계층 적으로 다공성 탄소 (HPC) 물질은 NANH 2 에 의한 폴리 비닐 디 플루오 라이드 (PVDF)의 탈 할로겐화 반응을 통해 얻어진다. . 탄소 형성의 메커니즘은 식에 의해 설명된다. (1) 따라서, NAF 및 NH 3의 두 가지 중요한 부산물 현장에서 적용 할 수있는 형성된다 중간/매크로 포어를위한 템플릿 및 버블 링 중간 탄소 구조. 한편, 의도적으로 남은 Nanh 2 풍부한 미세 층을 위해 탄소를 추가로 활성화 할 수있다 (식 (2)). 전자 현미경 연구 및 BRUNAUER-EMMETT-TELLET (BET) 측정은 HPC 샘플의 구조에 계층 적 패턴으로 조립 된 다중 규모 기공이 포함되어 있으며, 대부분의 부피는 그림 1에 표시된 것처럼 메조 포르에 의해 기여된다는 것을 확인했습니다.
.우리는 두 가지 유형의 HPC 재료를 합성 할 수 있었고, HPC-7의 합성은 위에서 언급 한 프로토콜을 따랐으며, 다른 하나는 탈 할로겐 반응이 개시되기 전에 분해 가능 및 기화 가능한 성분 (멜라민)을 추가함으로써 훨씬 더 큰 매크로 포어를 갖는 HPC-M7을 얻었다. 2 차 기화 가능한 구성 요소와 관련된이 특정한 발견은 기공 유형과 다공성 탄소 재료의 비율에 대한 강력한 튜닝을 가능하게 할 수 있습니다.
고전력에서 수퍼 커패시터 (SC)의 특정 에너지를 개선하는 것이 뜨겁고 어려운 주제로 집중적으로 조사되었습니다. 시연과 관련하여, 풍부한 잘 정의 된 개방 구멍 및 마이크로 포어를 갖는 HPC-M7은 수성 대칭 슈퍼 커패시터 (ASCS)로 제작되었다. 전기 화학적 측정은 HPC-M7이 ~ 1 kW kg의 특정 전력에서 19 wh kg의 초 고정 에너지를 달성 한 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 14 kW kg-1의 초고속 전력에서, HPC-M7-ASSC는 여전히 17 WH kg의 매우 높은 특정 에너지를 전달했는데, 이는 HPC-M7-ASSC가 4 초 내에 충전되거나 배출 될 수 있음을 의미한다.
.이러한 결과는 최근에 발표 된 고성능 슈퍼 커패시터를 위해 잘 정의 된 개방형 구멍을 통해 계층 적으로 다공성 탄소를 제조하는 기사에 설명되어 있습니다. . 이 작업은 Shandong University of Science and Technology의 Mei Guo, Yu Li, Kewen du, Chaochao Qiu, Gang Dou 및 Guoxin Zhang이 수행했습니다.
