能源材料集成攻关大平台成果

有序介孔碳材料的创制与能源应用

主要完成人：赵东元、张凡

成果完成时间：预计2025年

技 术 领 域：新材料、新能源

申请（专利）号：

转 化 方 式：技术入股

成 果 简 介：

有序介孔材料是指孔径尺寸在2-50 nm之间的一类多孔材料，由于其比表面积、 孔容、孔道等特点，而在涉及传质动力学、表面化学过程等应用中具有独特的优异性质。介孔碳材料具有良好的导电性，很强的骨架刚性和大的比表面积，使得介孔碳在电化学如双电层电容、锂电池、太阳能电池等方面有着巨大的应用潜力。本项目主要聚焦于新型介孔碳材料的制备科学及其潜在能源存储应用，发展提出了系列合成新方法、新原理，创制了一系列不同结构和功能的有序介孔碳材料，在国际上引领了相关领域的发展，具体总结如下：

1. 提出有机-有机自组装概念，首次将有机碳前驱物与模板剂通过强氢键作用进行组装，合成制备了具有高度有序的酚醛树脂碳化的介孔结构；同时基于此方法拓展制备了系列介孔结构，如二维六方相、立方相、螺旋相介观结构，并实现了对孔壁、孔径尺寸的高度可控性；

2. 发展提出了两相乳液诱导自组装法，实现了对介观结构及纳米结构的双重控制，包括创制有序介孔碳纳米球、取向发散介孔碳球、螺旋介孔碳球、碗装介孔碳球等，将介孔材料的控制合成提升到了新的高度；

3. 以发展的介孔碳材料为储能材料，探究并提升电化学能源存储的高效潜在应用，实现了包括锂离子、钠离子、钾离子电池中的高容量、高倍率、高循环性能，为生产构建高价值能源应用体系提供了模型材料与理论基础。

新型有序介孔碳材料的创制合成，将为能源存储材料提供广阔的市场前景，介孔碳材料的高导电性和优异孔隙特性，在电化学反应中展现出快速的离子、电子传输动力学和可逆性，保障了快速充放电及高循环特性，是一种具有重要潜力的电极材料，该成果将在能源存储中发挥重要作用。