《儲能用碳基納米籠的製備、功能調控及機制研究》是依託南京大學，由胡征擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：儲能用碳基納米籠的製備、功能調控及機制研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：胡征
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以具有高比表面積、多級孔結構、高石墨化程度等特徵的碳基納米籠新材料的製備科學為基礎，以其作為超級電容器電極材料及鋰離子電池負極材料的儲能功能研究為導向，系統深入地開展碳基納米籠新材料的製備、成分與結構調控及其儲能性質研究。通過系統地考察製備條件（模板劑、反應物、溫度等）對產物成分與結構的影響，掌握製備規律，實現碳基納米籠成分（N、B的摻雜量）與結構（特別是多級孔結構及石墨化程度）的有效調控。結合實驗研究，開展碳基納米籠對離子吸附、表面擴散以及鋰嵌入動力學作用規律的量子化學計算，深刻揭示碳基納米籠成分、結構與儲能性質之間的關係及調控機制，最佳化出性能優異的碳基納米籠儲能材料，在具有自主智慧財產權的碳基納米籠儲能材料方面作出具有國際水平、中國特色的系統化創新成果。
結題摘要
清潔、可再生能源的高效開發和利用有賴於先進儲能材料。本項目以碳基納米籠新材料的製備科學為基礎，超級電容器與鋰離子電池等儲能器件的先進性能為導向，系統深入地開展儲能用碳基納米籠的製備、功能調控及機制研究。主要包含三個方面研究內容：①碳基納米籠的製備科學; ②碳基納米籠超級電容器性能及調控機制; ③碳基納米籠鋰離子電池等儲能器件性能及調控機制。通過本項目研究，掌握了碳基納米籠的製備規律，揭示了模板前驅物、模板、碳納米籠產物之間的形貌‘遺傳’關係，在納米籠的結構設計、摻雜、參量調控方面取得系統化進展，得到了一系列新型碳基納米籠基礎材料；獲得了高性能的碳基納米籠超級電容器電極材料，特別是通過氮摻雜調變浸潤性、採用銅模板調變孔結構、利用毛細作用有效壓縮介孔增加密度等途徑，為增加超級電容器的能量密度、功率密度、體積性能等提供了新思路和方法；開發了基於介觀結構碳納米籠的高性能鋰離子電池負極及正極材料，其獨特的介觀結構有利於鋰離子的傳輸、電解液的滲透、電子的傳導以及材料的穩定性；揭示了氮摻雜的sp2碳對鋰硫電池多硫化物轉換反應的催化功能，利用三維多級結構碳基納米籠孔體積高、比表面積大、導電性優異等特點，通過發揮碳基納米籠的物理限域、氮摻雜sp2碳對多硫化物化學吸附以及催化多硫化物轉化的協同作用，有效抑制了極化效應及穿梭效應，顯著提高了電池的能量密度、倍率性能和穩定性；在以碳基納米籠為無金屬催化劑或作為新型載體構建先進複合催化劑開展催化性能研究方面也取得系列進展。本項目在具有自主智慧財產權的碳基納米籠儲能材料方面作出了具有中國特色、國際水平的系統化創新成果，可望大大拓展和深化碳基能源材料的研究進程。相關成果發表標註論文33篇，含Acc. Chem. Res. 1篇/Adv. Mater. 3篇/JACS 1篇/Energy & Environ. Sci. 1篇/Nano Energy 1篇/ACS Catal. 3篇等。項目負責人應邀在Acc. Chem. Res.撰寫了題為“From Carbon-Based Nanotubes to Nanocages for Advanced Energy Conversion and Storage”的綜述，在重要國際會議作主題報告及邀請報告10餘次。
