多孔質炭素材料 (PCM) は、ガスや液体を全体に浸透させる能力があるため、科学的および技術的に非常に重要です。(1 ) これらは、燃料電池、充電式電池、スーパーキャパシタなどの持続可能でクリーンなエネルギー技術を構築するための重要なコンポーネントと長い間見なされてきました (2 ) 特に、開気孔 (メソポア、マクロポア、およびより大きなサイズの気孔を含む) を備えた PCM は、開気孔がバルク媒体と PCM の内部界面との間の高速通信を提供できるため、上記の分野でより魅力的です (3 )
豊富な資源と低コストにもかかわらず、PCM の合成戦略は、H-、O-、N-、または S-部分で機能化された有機物の凝縮とそれに続く活性化ステップに基づいてほとんど確立されています。 ( 4 ) しかし、これらの結合を活性化するためのエネルギーは通常非常に高く、高エネルギーの需要、大量の有害ガス副産物の放出、構造と空隙率の難しい制御など、いくつかの困難な問題が残されています。(4 ) ほとんどの場合、制御可能なメソ/マクロ細孔を導入するには、サイズ分布の狭い固体または液体のテンプレートが必要です。
これらの目的を達成するために、穏やかな条件下での炭素材料の高速製造を可能にする新しい戦略を開発しました。たとえば、炭素質材料は、室温で KOH によるポリ二塩化ビニル (PVDC) の脱ハロゲン化によって 60 秒で得られ、危険な副生成物は生成されませんでした。 (5 ) 一方、次の研究では、脱ハロゲン化戦略が、さまざまな種類のドーパント (N、S、P、O、またはそれらの組み合わせ) を持つ炭素材料の調整可能な合成に適用できることが明らかになりました (6-8 )、形態 (シート、クランプ、フォームなど) (5、9、10 )、そして最も重要なこととして、広く調整された気孔率 (11, 12 ).
この研究では、NaNH
2 種類の HPC 材料を合成することができました。HPC-7 の合成は上記のプロトコルに従いました。もう 1 つは、脱ハロゲン化反応が開始される前に、分解可能で蒸発可能な成分 (メラミン) を追加することによって、はるかに大きなマクロ孔を持つ HPC-M7 が得られました。二次気化性成分に関連するこの特定の発見により、細孔タイプと多孔質炭素材料の比率を強力に調整できる可能性があります。
高出力でのスーパーキャパシタ (SC) の比エネルギーの改善は、ホットで挑戦的なトピックとして集中的に調査されています。デモンストレーションに関しては、豊富な明確に定義されたオープンポアとマイクロポアを備えたHPC-M7が、水性対称スーパーキャパシタ（ASSC）に加工されました。電気化学測定により、HPC-M7 が 1 kW kg までの比出力で 19 Wh kg の超高比エネルギーを達成したことが明らかになりました。驚くべきことに、14 kW kg-1 の超高出力でも、HPC-M7-ASSC は 17 Wh kg という非常に高い比エネルギーを供給しました。これは、HPC-M7-ASSC が 4 秒以内に充電または放電できることを意味します。
これらの調査結果は、ジャーナル Applied Surface Science に最近掲載された、High-Performance Supercapacitor のためのポリマー脱ハロゲン化による明確なオープンポアを備えた階層的多孔性カーボンの製造というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、山東科技大学の Mei Guo、Yu Li、Kewen Du、Chaochao Qiu、Gang Dou、および Guoxin Zhang によって実施されました。
