Carbon nitride template-directed fabrication of nitrogen-rich porous graphene-like carbon for high performance supercapacitors
Carbon nitride template-directed fabrication of nitrogen-rich porous graphene-like carbon for high performance supercapacitors
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用于高性能超级电容器的氮化碳模板定向制备富氮多孔类石墨烯碳
DOI：
10.1016/j.carbon.2018.01.032
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发表时间：
2018-04
期刊：
影响因子：
10.9
通讯作者：
Yongfeng Li
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang Yang;Liqiang Hou;Xiuwen Xu;Zihui Li;Xinlong Ma;Fan Yang;Yongfeng Li
简单而合理设计的先进电极材料合成策略是储能的关键。本文报道了一种以g-C3 N4为模板，采用等离子体增强化学气相沉积结合高温热解的方法原位制备富氮多孔类石墨烯碳片（NPGC）的方法，该方法完全避免了模板的去除。所得的NPGC集成了一系列有趣的特征，包括高导电互连结构（693 S m−1）、具有高孔体积（4.35 cm 3 g −1）的丰富的中孔、大比表面积（1277 m2 g −1）、高N掺杂（8.75 wt%）和良好的润湿性。作为超级电容器电极，NPGC表现出相当令人鼓舞的比电容（在1 A g−1时为261 F g−1）、优异的倍率性能（即使在100 A g−1时也为189 F g− 1）和出色的循环性能（在10 A g− 1下经过20000次循环后电容保持率为97%），优于迄今为止报道的大多数碳基材料。此外，组装的超级电容器提供28.4 kW kg− 1的高功率密度，100 A g−1时的能量密度为6.53 Wh kg− 1。我们的工作有望为以一种简单可行的方式开发高效的氮掺杂多孔碳材料开辟新的途径。
Facile yet rationally designed strategy for advanced electrode material synthesis is pivotal for energy storage. Herein, we report an protocol for g-C3N4template-directed in-situ fabricating nitrogen-rich porous graphene-like carbon sheets (NPGCs) by using plasma-enhanced chemical vapor deposition followed with high-temperature pyrolysis process, which totally avoids the postsynthetic template-removal. The resultant NPGCs integrate a range of intriguing features including highly conductive interconnected structure (693 S m−1), abundant mesoporous with ultrahigh pore volume (4.35 cm3g−1), large specific surface area (1277 m2g−1), high N doping (8.75 wt%), and good wettability. As supercapacitor electrode, the NPGCs exhibit a quite encouraging specific capacitance of 261 F g−1at 1 A g−1, excellent rate capability (189 F g−1even at 100 A g−1), and outstanding cycle performance (97% capacitance retention at 10 A g−1after 20000 cycles), which outperforms most carbon-based materials reported to date. Moreover, the assembled supercapacitors deliver a high power density of 28.4 kW kg−1with a energy density of 6.53 Wh kg−1at 100 A g−1. Our work is expected to open up new avenues for developing efficient nitrogen-doped porous carbon materials in a facile and viable way.
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