由于能源危机日益严峻,对能源的合理开发和利用目前已成为全球面临的一个重要课题,相对于石油、煤炭等不可再生资源,人们越来越青睐于风能、太阳能等清洁、可再生能源。超级电容器(supercapacitors),作为新一代能源存储元件,因其寿命长、安全性高、使用温度范围宽、绿色环保等特性而广受关注。多孔碳材料，因其廉价、环保等特点,成为超级电容器电极材料最理想的选择之一。分级多孔碳是一种具有特殊结构的多孔碳材料,应用于超级电容器时能够表现出极其优异的高倍率性能，在超级电容器电极材料的研究中备受关注。

近日，中国科学技术大学材料科学与工程系朱彦武教授课题组开发设计了一种三维分级多孔碳材料，作为超级电容器电极时，质量能量密度和体积能量密度分别可达89 Wh kg-1和64 Wh L-1，同时也保持了超级电容器固有的高功率输出和极快的充电速度，展示出优异的电化学储能行为。相关研究成果发表在期刊Advanced Materials上。

朱彦武教授团队前期通过氢氧化钾活化微波剥离的氧化石墨烯，制备出优异的超级电容器碳电极材料，但密度相对较低。基于前期工作，该团队利用聚氨酯海绵作为模板，同时吸附氧化石墨烯以及氢氧化钾作为活化前驱体。由于石墨烯片层无法进入海绵微孔而覆盖于海绵骨架表面，氢氧化钾则在微孔内部富集；在对前驱体进行高温处理时实现了“自内而外”的活化过程，得到了一种具有骨架表面完整而内部多孔的三维多孔碳材料（见上图）。

由于此三维结构可提供优异的离子输运能力，骨架表面的石墨烯片层可提供良好的电子电导，而充沛的微孔又可以实现离子的高性能存储，该材料展现出优异的双电层吸附行为（有机电解液中比电容最高为207F/g，水基电解液中最高401F/g）。该研究通过模板法将二维石墨烯片层组装并活化成三维结构，在获得高性能的同时，还得到了实用化的电极密度（0.72 g/cm3），为超级电容器材料的设计和应用研究提供了新的研究思路。

文章链接：

Jin Xu, Ziqi Tan, Wencong Zeng, Guanxiong Chen, Shuilin Wu, Yuan Zhao, Kun Ni, Zhuchen Tao, Mujtaba Ikram, Hengxing Ji, Yanwu Zhu, "A Hierarchical Carbon Derived from Sponge-Templated Activation of Graphene Oxide for High-Performance Supercapacitor Electrodes," DOI: 10.1002/adma.201600586

朱彦武教授简介：

中国科学技术大学材料科学与工程系教授，博导，Email：zhuyanwu@ustc.edu.cn

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研究方向： 石墨烯及其他新型碳材料的制备和表征；纳米材料的光电转换特性；高性能能量转换和存储器件研究

（本文信息来源：中国科技大学网站；由e科网整理编辑）

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