【复材信息】亚毫秒级极快生成介孔-微孔石墨碳！

多孔碳具有优异的电子和离子传输能力，理想的多孔碳具有较高的表面和电子电导率，但传统的制备工艺要么生产率低，要么碳质量差。

张浩、中国科学院金属研究所李峰等军事科学院防化研究所开发了一种自下而上的高度介孔——微孔石墨碳（MGC）锂热法通过聚四氟乙烯粉末和熔化锂金属之间的自蔓延高温反应，以毫秒的速度合成了具有高石墨化和连续开孔结构的介-微孔碳。（MGC）。

这种MGC具有优异的电化学电容性能，包括优异的功率能力和超长期的循环稳定性。这个制备过程不仅时间短，产量高，而且可以扩展到工业生产水平。

以“相关研究成果”Sub-millisecond lithiothermal synthesis of graphitic meso–microporous carbon"问题发表于《Nature Communications》。

/ 图文导读 /

图1. 高度多孔石墨化碳的示意图是通过PTFE粉末和熔化锂金属反应产生的。透射电子显微镜（TEM）高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）图像显示了商品的多孔微观结构和相连孔道，以及纳米尺度孔眼网络，由多层碳层包围。

图2. 通过X射线衍射（XRD）、电子能量损失谱拉曼光谱（EELS）还有X射线光电子能谱（XPS）表征多孔石墨碳，确定其高度石墨化的结构和优异的电导率。

图3. EMIMBF4电解液中MGC的超级电容性能，包括循环伏安。（CV）曲线，恒流充放电（GCD）曲线，比电容器随电流强度变化的曲线，Nyquist图片、测试相位角与频率的关系和循环稳定性。

图4. 在不同孔结构中，COMSOL多物理场模拟显示了电解液离子通量的分布，以及BF4−在MGC中，离子和碳基表面层的吸附可以计算出离子的快速传输机制。

/ 总结展望 /

该研究展示了一种可扩展且超快的锂热生成过程，用于制备高多孔、低氧含量的石墨碳。该MGC具有相互连接的开放通道，有利于离子在电极体内的传输和转移。即使电流强度从10.0，作为超级电容器的电极材料 A增加到200.0.0 A在EMIMBF4电解液中，MGC仍然表现出理想的倍率性能和90%以上的电容保持率。

另外，MGC在内部并联结构的袋式电池中也显示出其优于商用活性炭的优点，显示出47 Wh与1755相比，/kgMGC的能量 kW/kgMGC的比功率。该方法以超高温和固体试剂为特征，通过其它金属元素(钠、钾、镁、铝等)扩展到高度石墨化的多孔碳。

MGC在实际软包电池中也表现出优异的性能，比商用活性炭电极具有更好的电容和能量密度。这种石墨化多孔碳是由超高温和固体反应剂制成的，为电化学能源的储存和运输的实际应用提供了有前景的策略。

DOI：10.1038/s41467-024-47916-y

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原标题：亚毫秒级极快生成介孔-微孔石墨碳[复材信息]

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