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  近日，由中科院大連化物所1109組鄧偉僑研究員和DNL21T3吳忠?guī)浹芯繂T領(lǐng)導(dǎo)的合作團(tuán)隊(duì)，在尋找高比容超級(jí)電容器電極材料研究方面取得新進(jìn)展，成功地制備出同時(shí)具有高比表面積和高含氮量的導(dǎo)電共軛微孔高分子，相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, doi.10.1002/ange.201711169）雜志。

  超級(jí)電容器作為一種新型環(huán)保儲(chǔ)能器件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車。由于其通過(guò)雙電層機(jī)理在電極上存儲(chǔ)大量電荷，所以尋找具有高比表面積、高導(dǎo)電的電極材料（通常是多孔碳材料），成為提高器件容量的關(guān)鍵。研究人員發(fā)現(xiàn)氮摻雜的碳材料可以通過(guò)氮原子引入贗電容，從而能存儲(chǔ)更多的電能。基于氮摻雜碳材料的研究文獻(xiàn)，高性能的電極材料需要同時(shí)具備高的比表面積和高的氮摻雜量，而這兩個(gè)因素在同一類材料中通常相違背。在目前報(bào)道用于超級(jí)電容器的先進(jìn)電極材料中，最大比表面積一般未超過(guò)3000m2/g，同時(shí)具有高比表面的材料氮摻雜量通常小于5at%。

  為攻克上述問(wèn)題，該合作團(tuán)隊(duì)跳出氮摻雜的碳材料范疇，以TCNQ（7,7,8,8-四氰基對(duì)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(jià)三嗪框架結(jié)構(gòu)的、高比表面和高含氮量的導(dǎo)電共軛微孔高分子，并將其應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料。其中，同時(shí)具有3663m2/g的超高比表面積和8.13%的高氮含量的導(dǎo)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(huán)穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作首次得到了同時(shí)具有高比表面和高含氮量的導(dǎo)電共軛微孔高分子，為開發(fā)性能更高的超級(jí)電容器電極材料提供了新的思路。

  1109組長(zhǎng)期致力于共軛微孔高分子的模擬設(shè)計(jì)與合成應(yīng)用，開發(fā)出不同應(yīng)用的共軛微孔高分子系列材料，如儲(chǔ)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(zhuǎn)化材料(Nat. Commun. 2013, 4, 1960)。DNL21T3長(zhǎng)期致力于高比能、柔性化、微型化超級(jí)電容器開發(fā)，開發(fā)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(fā)揮了兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)處，共同圍繞一個(gè)重要研究方向，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)領(lǐng)域的完美結(jié)合，有望推動(dòng)微孔高分子與超級(jí)電容器交叉融合。

  上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711169/abstract