超級(jí)電容是一種介于傳統(tǒng)電容器與化學(xué)電源之間的新型儲(chǔ)能元件，目前在很多領(lǐng)域中都受到廣泛關(guān)注。近日，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所1109組研究員鄧偉僑和DNL21T3研究員吳忠?guī)涱I(lǐng)導(dǎo)的合作團(tuán)隊(duì)，在尋找高比容超級(jí)電極材料研究方面取得新進(jìn)展，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《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

超級(jí)電容器作為一種新型環(huán)保儲(chǔ)能器件已被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車。由于其通過雙電層機(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氮原子引入贗電容，從而能存儲(chǔ)更多的電能?；诘獡诫s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思路。

1109組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、水處理材料、二氧化碳捕獲與轉(zhuǎn)化材料。DNL21T3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、黑磷烯、MXene、聚合物和氧化物納米片。此次合作充分發(fā)揮了兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的長處，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。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。