【研究背景】
随着超级电容器小型化、轻量化的迅速发展，多孔炭的体积容量（Cv）已经成为比质量容量（Cg）更为可靠的应用性能评价指标。然而多孔炭的发达孔隙、丰富离子传输通道和高致密度之间存在固有的矛盾竞争关系，导致其体积比容量和倍率性能难以提升。制备兼具大比表面积与高密度的电容用多孔炭成为本领域所面临的巨大挑战。
【文章简介】
近日课题组在Chemical Engineering Journal 期刊（SCI一区，IF=16.744）发表题为“Schiff base reaction induced densification of chitosan-derived microporous carbon for compact capacitive energy storage”的研究文章。
该工作报道了一种希夫碱诱导自致密化策略，通过均匀活化手段得到兼具高比表面和高致密度的壳聚糖基微孔炭（CPC）。壳聚糖丰富的氨基与热解开环后形成的醛基通过席夫碱反应形成强交联结构，不仅能够有效抑制有机前驱体在热解过程中的发泡现象，还能够促使炭骨架发生高度芳构化，使得CPC表现高比表面积（2007 m2 g-1）和高压实密度（1.21 g cm-3）的“双高”特点。得益于CPC炭骨架致密且孔道贯通的结构优势，CPC在1 A g-1下显示出280 F g-1/339 F cm-3的高质量/体积比容量和良好的倍率性能（58%@100 Ag-1）。此外，CPC//CPC对称超级电容器在商业负载量10 mg cm-2下，功率密度为295 W L-1时仍能提供较高的能量密度10.50 Wh L-1，优于大多数报道种的多孔炭材料。本工作揭示了壳聚糖在热解过程中的致密化机理，以期为水系致密储能炭材料的结构设计提供有益思路。
论文第一作者为新疆大学硕士研究生张俊和唐婷婷，通讯作者为张苏副教授、李禹彤博士和范壮军教授，该工作还得到了北京化工大学宋怀河教授的大力指导。
图1. 壳聚糖在热解过程中的结构演变示意图
图2. 壳聚糖和淀粉的（a）TG和（b） DSC曲线，（c）壳聚糖和（e）淀粉在室温、250 °C、 400 °C、600 °C下热解产物的红外光谱图，（d）壳聚糖和淀粉在实验热解程序下的失重结果
【文章链接】
Zhang, J.; Tang, T.; Gan, X.; Yuan, R.; Li, Q.; Zhu, L.; Guo, N.; Li, Y.; Zhang, S.; Fan, Z.; Song, H., Schiff base reaction induced densification of chitosan-derived microporous carbon for compact capacitive energy storage. Chemical Engineering Journal 2023.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723029881