近日，由中科院大連化物所1109組鄧偉僑研究員和DNL21T3吳忠帥研究員領導的合作團隊，在尋找高比容超級電容器電極材料研究方面取得新進展，成功地制備出同時具有高比表面積和高含氮量的導電共軛微孔高分子，相關成果發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, doi.10.1002/ange.201711169）雜志。
超級電容器作為一種新型環保儲能器件已經被廣泛應用于混合動力電動車。由于其通過雙電層機理在電極上存儲大量電荷，所以尋找具有高比表面積、高導電的電極材料（通常是多孔碳材料），成為提高器件容量的關鍵。研究人員發現氮摻雜的碳材料可以通過氮原子引入贗電容，從而能存儲更多的電能。基于氮摻雜碳材料的研究文獻，高性能的電極材料需要同時具備高的比表面積和高的氮摻雜量，而這兩個因素在同一類材料中通常相違背。在目前報道用于超級電容器的先進電極材料中，最大比表面積一般未超過3000m2/g，同時具有高比表面的材料氮摻雜量通常小于5at%。
為攻克上述問題，該合作團隊跳出氮摻雜的碳材料范疇，以TCNQ（7,7,8,8-四氰基對醌二甲烷）為單體，在離子熱條件下聚合獲得一系列基于共價三嗪框架結構的、高比表面和高含氮量的導電共軛微孔高分子，并將其應用于超級電容器電極材料。其中，同時具有3663m2/g的超高比表面積和8.13%的高氮含量的導電共軛微孔高分子能夠獲得較高的比容量383F/g，明顯高于商用活性炭的比容量（100-200F/g），并且具有顯著的循環穩定性。這項工作首次得到了同時具有高比表面和高含氮量的導電共軛微孔高分子，為開發性能更高的超級電容器電極材料提供了新的思路。
1109組長期致力于共軛微孔高分子的模擬設計與合成應用，開發出不同應用的共軛微孔高分子系列材料，如儲氫材料(Angew. Chemie. Int. Ed. 2010, 49, 3330)，水處理材料(Energy & Env. Sci. 2011, 4, 2062; Sci. Rep. 2015, 5, 10155)，二氧化碳捕獲與轉化材料(Nat. Commun. 2013, 4, 1960)。DNL21T3長期致力于高比能、柔性化、微型化超級電容器開發，開發出系列二維材料，如石墨烯和摻雜石墨烯（ACS Nano 2017, 11, 2171; ACS Nano 2017, 11, 4009; ACS Nano 2017, 11, 4283；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4506）, 黑磷烯（ACS Nano 2017, 11, 7284）, MXene (ACS Nano 2017, 11, 4972), 聚合物和氧化物納米片（Adv. Mater., 2017, 29, 1602960；Adv. Mater. 2017, 1703034）。這次合作充分發揮了兩個團隊的長處，共同圍繞一個重要研究方向，實現了兩個領域的完美結合，有望推動微孔高分子與超級電容器交叉融合。
上述工作得到了國家自然科學基金，國家重點研發計劃等項目的資助。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711169/abstract
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