富氮多孔碳纳米片的氮掺杂构型调控及其储锌性

编号：CYYJ043232

篇名：富氮多孔碳纳米片的氮掺杂构型调控及其储锌性

作者：刘思宇 杨卷 陈培 陈祖田 闫斌 刘育红 邱介山

关键词： 多孔碳纳米片 氮掺杂调控 锌离子存储 电化学 优化设计

机构： 西安交通大学化学工程与技术学院 北京化工大学化学工程学院

摘要： 基于多孔碳正极和锌金属负极构建的水性锌离子电容器(ZICs)具有成本低、环境友好、安全性高和长期耐用等优点,近年来受到广泛关注。本文以具有共价有机框架结构(COF)的富氮聚合物为碳源前体,通过简单的炭化自活化策略,合成了富氮多孔碳纳米片(NPCN-x)。研究表明,基于聚合物前体丰富的COF结构特点,炭化温度对所制备碳材料的氮含量和氮掺杂构型有显著影响,且碳材料表面的吡咯氮含量与其储锌性能呈现高度线性相关。优化后的NPCN-800其吡咯氮原子分数高达2.15%,作为ZICs的正极材料,在0.5A/g的电流密度下,展现出158mAh/g的高比容量和优异的循环稳定性。结合密度泛函理论计算发现,碳材料表面的吡咯氮构型具有优异的电化学活性,能够显著增强Zn离子的化学吸脱附过程。该研究为高性能ZICs用碳基电极材料的设计构建提供了新思路。