成果簡介
作為雙電層電容器（EDLC）的一類電極材料，碳點（CD）能夠擴大比表面積，製造分層的孔和接枝贗電容基團，獲得額外的容量和出色的能量密度。本文，復旦大學熊煥明教授課題組在《ACS Appl. Energy Mater》期刊發表名為「Integrating Carbon Dots with Porous Hydrogels to Produce Full Carbon Electrodes for Electric Double-Layer Capacitors」的論文，研究以市售聚丙烯醯胺凝膠（PAMG）為載體，製備出具有連續連通孔隙、交聯網絡和良好溶脹性能的CD，形成連續導電碳骨架。經過一步煅燒活化處理後，CD融合到最終的碳結構上，形成了一系列具有特定官能團的多孔碳材料。
包括氧摻雜，氮摻雜以及氧，氮共摻雜在內的各種CD被用來製備這種碳材料並進行了測試。這些材料具有高比表面積、均勻的孔徑分布、高導電性、豐富的表面官能團和良好的潤溼性。當在EDLC中組裝為電極時，表現出卓越的性能。結果證明，CD-多孔（水）凝膠複合材料上的煅燒活化，是製備用於電化學儲能的優質碳電極材料的通用途徑。
圖文導讀
方案1.用商業PAMG和不同的CD製備的HPC材料
圖1.（A）陽光下PAMG（1）和CD / PAMG混合物（分別為2-4，O CD / PAMG，N CD / PAMG和ON CD / PAMG ）的照片。
（B）在紫外光下相同的樣品。
圖2.（A）氮吸附-解吸等溫線
（B）通過DFT方法計算的孔徑分布。
（C，D）不同樣品之間的中孔/微孔比例。
圖3.（A）FTIR光譜和（B）不同樣品的XRD圖。
圖4、在（A）HPC，（B）圖5 XPS N元素光譜 CD / HPC，（C） CD / HPC，及（d）ON CD / HPC。（E）修改（下面）和未修改（上面）表面之間的示意圖比較。
圖5.使用水溶液作為電解質的對稱EDLC的電化學性能。
小結
本文提出一種簡便高效的策略來製造用於EDLC的高性能碳電極。通過一步煅燒活化，CD與PAMG有效融合，形成各種摻雜的多孔碳。詳細的測量表明，這種碳材料具有交聯的石墨化骨架和CD活化的官能團。EDLC電極的那些典型要求，例如高比表面積，均衡的孔徑分布，高電導率，豐富的表面官能團和良好的潤溼性，都可以在一種材料中完美實現。
特別是，這種碳材料在1 A g –1時具有超過400 F g –1的比電容，並且最佳的ONCD / HPC電容甚至達到483 F g –1。此外，優異的速率和循環穩定性突出了它們的綜合優勢。在實用的EDLC中組裝後，它們既顯示出高能量密度（23.0 Wh kg –1），又顯示出高功率密度（11300 W kg –1），這意味著此類EDLC兼具電池和超級電容器的優點。目前的工作證實，CD和多孔碳骨架可以生產出性能優異的新型複合材料，作為EDLC電極，這種策略將為預先設計和調整最終碳電極材料的表面組成和結構提供簡便的方法。
文獻：