Cooperative regulation of hard template and emulsion self-assembly to the synthesis of N/O co-doped mesoporous hollow carbon nanospheres for supercapacitors

超级电容器 材料科学 比表面积 碳化 化学工程 模板方法模式 介孔材料 纳米技术 碳纤维 粒径 电容 电流密度 电极 复合材料 有机化学 化学 扫描电子显微镜 复合数 催化作用 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Changsheng Wu,Xiujing Xing,Wei Xiong,Hao Li
出处
期刊:Diamond and Related Materials [Elsevier]
卷期号:139: 110273-110273 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.diamond.2023.110273
摘要

Hollow carbon nanospheres have attracted more and more attention as supercapacitor materials due to their excellent electrical conductivity, high theoretical surface area, high accumulation and rapid ion transfer and diffusion. In this work, we employed the Stöber method to create silica as a template, and then applied self-assembly and dopamine polymerization on the surface of the template to form SiO2@TMB-F127-PDA micelles. Then the nitrogen-doped mesoporous hollow carbon nanospheres (N-MHCNs) were prepared by carbonization and etching on the formed carbon precursors. The effect of dopamine amount on the structure and properties of N-MHCNs was systematically studied. Microstructural characterization results reveal that the morphology of N-MHCNs can be changed from sheet to sphere, and the particle size of N-MHCNs can be 33.8–225.7 nm, the specific surface area is distributed in the range of 175.9–430.1 m2 g−1. Due to the N,O heteroatomic co-doping and Porous spherical structure (with a small particle size of 33 nm, and a large specific surface area of 430.1 m2 g−1), typical sample N-MHCNS-2 shows excellent electrochemical performance in supercapacitors. And it has the highest specific capacitance (241 F g−1) at 0.5 A g−1 current density, excellent rate performance (capacity retention rate of 79 % when current density increases from 0.5 to 10 A g−1) and good cycling ability (capacity retention rate of 90.4 % after 3000 cycles), indicating that it shows great potential in energy storage. This approach provides new opportunities for the controllable synthesis of hollow mesoporous nanospheres and it can be extended to other systems such as hollow metals, metal oxide nanomaterials and carbon-based hybrids.
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