超級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，在尋找高比容超級電極材料研究方面取得新進(jìn)展，制備出同時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。

超級電容器作為一種新型環(huán)保儲能器件已被廣泛應(yīng)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(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(jìn)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(tuán)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(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(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。這項工作首次得到了同時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)揮了兩個團(tuán)隊的長處，共同圍繞一個重要研究方向，實現(xiàn)了兩個領(lǐng)域的完美結(jié)合，有望推動微孔高分子與超級電容器交叉融合。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃等的資助。