新型蠕虫孔炭材料的可控制备及在超级电容器中的应用研究

项目利用硅凝胶骨架可原位团聚形成纳米颗粒的原理，合成出具有大尺寸中孔传质通道的新颖蠕虫孔炭材料。进一步地，利用氢氟酸可以调节硅凝胶化过程，进而控制硅凝胶模板的形貌及尺寸的原理，实现蠕虫孔孔径分布的多层次设计和孔径尺寸的调控。项目拟重点研究催化剂、助催化剂、炭源、硅源等原材料的种类及其用量对蠕虫孔及其传质通道的调控作用，从而提出完备的具有一元/二元中孔结构的新颖蠕虫孔炭材料的可控制备科学理论。在此基础上，项目拟开展此类新型纳米炭材料在超级电容器中的应用基础研究。着重研究纳米孔结构和炭骨架结构在电荷存储、释放过程中的作用机制及其协同效应规律，阐明纳米结构与电化学性能的关联性，从而研制出具有自主知识产权的高性能超级电容器电极材料。本项目可以丰富和发展纳米结构炭材料的制备科学理论，为超级电容器的性能突破提供机会，具有重要理论价值和科学意义。

本项目利用氢氟酸可以调节硅凝胶化过程，进而控制硅凝胶模板的形貌及尺寸的原理，实现了蠕虫孔孔径的可调控性。同时，利用硅凝胶骨架可原位团聚形成纳米颗粒的原理，合成了具有尺寸可控的传质通道的蠕虫孔炭材料。进一步地，通过层次化和复合化技术，构筑了一系列多层次性蠕虫孔结构。重点研究了催化剂、炭源、硅源等原材料的种类及其用量对蠕虫孔及其传质通道的调控作用，阐明了层次化中孔结构的调控机制，并揭示了炭骨架结构控制规律和炭化机理，从而提出了的层次化蠕虫孔炭材料的可控制备科学理论。在此基础上，项目开展了该类新颖纳米炭材料在超级电容器中的应用基础研究。着重研究了纳米孔结构和炭骨架结构在电荷存储、释放过程中的作用机制及其协同效应规律，揭示了层次化蠕虫孔结构在离子传输过程中的重要贡献，厘清了纳米结构与电化学性能的关联性，从而研制出具有自主知识产权的高性能超级电容器电极材料。本项目丰富和发展了纳米结构炭材料的制备科学理论，为超级电容器的性能突破提供帮助，具有重要理论和科学参考意义。. 在本项目资助下，正式发表SCI/EI论文13篇（IF>3：12篇）、会议论文26篇，申请中国专利1件。