Biomass based nitrogen-doped structure-tunable versatile porous carbon materials
Biomass based nitrogen-doped structure-tunable versatile porous carbon materials
复制标题
生物质基氮掺杂结构可调多功能多孔碳材料
DOI：
10.1039/c7ta02113e
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发表时间：
2017-06
影响因子：
11.9
通讯作者：
Li Liu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xin Zhou;Penglei Wang;Yagang Zhang;Lulu Wang;Letao Zhang;Lan Zhang;Lu Xu;Li Liu
采用可持续生物质前体纤维素氨基甲酸酯，通过简便的一锅法同时碳化和活化，设计并制备了具有可调孔结构和超高比表面积的多级氮掺杂多孔碳（HNPC）。合成的HNPCs具有超高的比表面积（3700 m2 g1）、高孔体积（3.60 cm3 g1）和高氮掺杂水平（7.7%）。通过调节煅烧温度，HNPC 的孔结构和形态可在结构上进行调节。在三电极系统中，在 900 C 下制备的 HNPC（HNPCs-900）制成的电极在 0.5 A g1 的电流密度下，在 6 M KOH 水溶液电解质中表现出 339 F g1 的高比电容，在 1 M H2SO4 电解质中表现出 282 F g1 的高比电容。在 KOH 电解液中实现了出色的倍率性能（在电流密度为 20 A g1 时保持率为 73%）和出色的循环稳定性（在电流密度为 5 A g1 下进行 5000 次恒电流充放电循环后保持率为 95%）。在双电极系统中，由HNPCs-900制成的电极在0.5 A g1下表现出289 F g1的高比电容，在5000次循环后具有良好的倍率容量（20 A g1电流密度下保持72%）以及循环稳定性（2 A g1下保持92%）。此外，HNPCs-900 对亚甲基蓝（1551 mg g1）表现出前所未有的吸附能力，这是迄今为止报道的少数最高的染料去除能力之一。 HNPCs可用作能量储存和废水处理的功能材料。
Hierarchical nitrogen-doped porous carbons (HNPCs) with tunable pore structures and ultrahigh specific surface areas were designed and prepared from sustainable biomass precursor cellulose carbamate via simultaneous carbonization and activation by a facile one-pot approach. The as-synthesized HNPCs.exhibited an ultrahigh specific surface area (3700 m2 g1), a high pore volume (3.60 cm3 g1) and a high level of nitrogen-doping (7.7%). The HNPCs were structurally tunable in terms of their pore structure and morphology by adjusting the calcination temperature. In three-electrode systems, the electrode made of HNPCs prepared at 900 C (HNPCs-900) showed a high specific capacitance of 339 F g1 in 6 M KOH aqueous electrolyte and 282 F g1 in 1 M H2SO4 electrolyte at a current density of 0.5 A g1. An outstanding rate capability (73% retention at a current density of 20 A g1) and excellent cycling stability (95% retention after 5000 galvanostatic charge–discharge cycles at a current density of 5 A g1) in KOH electrolyte were achieved. In two-electrode systems, the electrode made of HNPCs-900 exhibited a high specific capacitance of 289 F g1 at 0.5 A g1 and good rate capacity (72% retention at a current density of 20 A g1) as well as cycling stability (92% retention at 2 A g1) after 5000 cycles. Furthermore, the HNPCs-900 showed an unprecedented adsorption apacity for methylene blue (1551 mg g1) which was among the few highest ever reported for dye removal. The HNPCs could be used as functional materials for energy storage and waste water treatment.
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