陈爱兵教授 Angew：用于超级电容器和锌离子电容器的空间约束热解微/多孔双壳空心碳球

使用多孔碳材料的超级电容器和混合锌离子电容器（ZIC）的能量存储为清洁能源解决方案提供了一种前景广阔的替代方法。这些材料将分层多孔结构和氮掺杂独特地结合在一起，显示出巨大的能量存储能力。然而，这些材料的全部潜力，尤其是孔隙结构形态与性能之间的关系，仍未得到充分探索。在此，我们根据聚多巴胺（PDA）的聚合特性，开发了一种受限热解策略，用于构建具有微孔/多孔双壳结构的空心碳球。根据PDA的分解和聚合特性，可以通过调整热处理和水热处理的持续时间来控制微孔和空腔的深度。由于这种结构具有弹性，制备的碳球的微孔/介孔深度与超级电容器和ZIC的储能性能之间的关系得以确立。通过优化碳球的离子传输能力并考虑其内腔结构对储能的影响，所制备的碳球在超级电容器中表现出389 F g-1的高比电容，在ZIC中表现出260 F g-1的比电容，并且具有极佳的稳定性，在30000 次共存/放电循环后仍能保持99.3%的电容。

图文简介

HCS的合成化学( a )；PDA微球( b )和PDA@mSiO2-T1.0 ( c-e )的TEM照片；HCST1.0 ( f-i )的SEM和TEM图像；PDA@mSiO2前驱体热解有限元分析( j )；限域热解条件下中空双壳层结构形成机理示意图( k )。

PDA ( a )和PDA@mSiO2未经CTAB ( j )前驱体热解的有限元分析，HCST0.5 ( b-e )，HCST2.0 ( f-j )和HCS ( k-n )的TEM图像。

HCSt3 ( a-b )，HCSt6 ( c-d )，HCSt12 ( e-f )和HCSt24 ( g-h )的TEM图像，原位FT-IR分析PDA ( i )和PDA@mSiO2-T1.0 ( j )的热解过程。

HCST0.5、HCST1.0、HCST2.0、HCS和CS的N2吸附-脱附等温线( a )、孔径分布( b )、比表面积和孔体积( c )；HCSt3、HCSt6、HCSt12和HCSt24的N2吸附-脱附等温线( d )、孔径分布( e )、比表面积和孔体积( f )；CS、HCST1.0、HCSt12和HCSH12的C 1s ( g )、N 1s ( h )和O 1s ( i )的XPS分析。

论文信息

通讯作者：Aibing Chen