Room‐Temperature Salt Template Synthesis of Nitrogen‐Doped 3D Porous Carbon for Fast Metal‐Ion Storage

煅烧 材料科学 化学工程 多孔性 盐(化学) 降水 纳米技术 模板 碳纤维 阳极 多孔介质 电化学 模板方法模式 催化作用 化学 电极 有机化学 复合材料 气象学 物理化学 工程类 物理 复合数
作者
Bochao Chen,Zijia Qi,Biao Chen,Xin Liu,Huan Li,Xiaopeng Han,Guangmin Zhou,Wenbin Hu,Naiqin Zhao,Chunnian He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/ange.202316116
摘要

Abstract The water‐soluble salt‐template technique holds great promise for fabricating 3D porous materials. However, an equipment‐free and pore‐size controllable synthetic approach employing salt‐template precursors at room temperature has remained unexplored. Herein, we introduce a green room‐temperature antisolvent precipitation strategy for creating salt‐template self‐assembly precursors to universally produce 3D porous materials with controllable pore size. Through a combination of theoretical simulations and advanced characterization techniques, we unveil the antisolvent precipitation mechanism and provide guidelines for selecting raw materials and controlling the size of precipitated salt. Following the calcination and washing steps, we achieve large‐scale and universal production of 3D porous materials and the recycling of the salt templates and antisolvents. The optimized nitrogen‐doped 3D porous carbon (N‐3DPC) materials demonstrate distinctive structural benefits, facilitating a high capacity for potassium‐ion storage along with exceptional reversibility. This is further supported by in situ electrochemical impedance spectra, in situ Raman spectroscopy, and theoretical calculations. The anode shows a high rate capacity of 181 mAh g −1 at 4 A g −1 in the full cell. This study addresses the knowledge gap concerning the room‐temperature synthesis of salt‐template self‐assembly precursors for the large‐scale production of porous materials, thereby expanding their potential applications for electrochemical energy conversion and storage.
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