日前，上海交通大學化學化工學院馮新亮教授、吳東清副教授研究團隊在合成新型多級結構碳材料方面的研究工作取得突破性進展，相關成果發表在國際著名材料期刊《Advanced Materials》上，題為“Nitrogen-Doped Porous Carbon Superstructures Derived from Hierarchical Assembly of Polyimide Nanosheets”。
由碳納米管和石墨烯等低維碳材料構筑的多級結構碳材料不僅可以繼承其構筑單元的優異物理化學性質，還能避免它們的團聚或堆疊，有效地提高材料的表面積，使其活性位點充分暴露，從而大幅提升材料的性能，在能源領域（如燃料電池，超級電容器，鋰離子電池等）有著誘人的應用前景。然而，多級結構碳材料的構筑單元目前仍主要局限于石墨烯、碳納米管或碳纖維等，對于其結構、組成和性能的調節和控制也因而受到限制。因此，開發多級結構碳材料的新結構概念和制備方法將會是豐富其種類和拓展其應用的關鍵。
針對這一點，研究團隊設計了獨特的溶液自組裝路線，以聚酰亞胺（PI）為原料，通過調節溶劑和濃度等條件，制備了由二維片狀PI組成的具有花狀形貌的多級結構聚合物。在經過碳化/氨氣活化等步驟處理后，可以進一步得到保留了原有花狀多級結構的氮摻雜碳材料（NPC-F）。得益于高表面積，高氮摻雜量以及自支撐的三維多級結構，NPC-F不僅展現出優異的氧還原電催化性能，在作為超級電容器的電極材料時也表現出高的容量以及超穩定的循環性能。
該工作不僅成功制備了具有新穎多級結構的高性能碳材料，也為從分子設計角度構筑多級結構碳材料提供了新思路。
發文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201505131/full
背景知識：聚酰亞胺（Polyimide, PI）是指主鏈上含有酰亞胺環（-CO-NH-CO-）的一類聚合物。聚酰亞胺具有優異的性能，如耐熱/寒穩定性、電絕緣性、耐輻射性、耐化學腐蝕性，被用于制備薄膜，纖維，涂料，先進復合材料，微電子器件，受到各行各界的廣泛關注，成為了一類非常重要的材料。由于突出的熱穩定性，聚酰亞胺常用于制備碳材料和石墨材料，如高度結晶的石墨薄膜，碳納米纖維，納孔碳膜，碳泡沫等。
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