Ultra‐High Surface Area Nitrogen‐Doped Carbon Aerogels Derived From a Schiff‐Base Porous Organic Polymer Aerogel for CO2 Storage and Supercapacitors

材料科学 气凝胶 超级电容器 吸附 热解 多孔性 比表面积 化学工程 兴奋剂 碳纤维 聚合物 复合材料 电容 纳米技术 催化作用 有机化学 电极 复合数 光电子学 工程类 物理化学 化学
作者
Huimin Li,Jiahuan Li,Arne Thomas,Yaozu Liao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (40) 被引量:150
标识
DOI:10.1002/adfm.201904785
摘要

Abstract Nitrogen‐doped carbon aerogels (NCAs) have received great attention for a wide range of applications, from thermal electronics to waste water purification, heavy metal or gas adsorption, energy storage, and catalyst supports. Herein NCAs are developed via the synthesis of a Schiff‐base porous organic polymer aerogel followed by pyrolysis. By controlling the pyrolysis temperature, the polymer aerogel can be simply converted into porous NCAs with a low bulk density (5 mg cm −3 ), high surface area (2356 m 2 g −1 ), and high bulk porosity (70%). The NCAs containing 1.8–5.3 wt% N atoms exhibit remarkable CO 2 uptake capacities (6.1 mmol g −1 at 273 K and 1 bar, 33.1 mmol g −1 at 323 K and 30 bar) and high ideal adsorption solution theory selectivity (47.8) at ambient pressure. Supercapacitors fabricated with NCAs display high specific capacitance (300 F g −1 at 0.5 A g −1 ), fast rate (charge to 221 F g −1 within only 17 s), and high stability (retained >98% capacity after 5000 cycles). Asymmetric supercapacitors assembled with NCAs also show high energy density and power density with maximal values of 30.5 Wh kg −1 and 7088 W kg −1 , respectively. The outstanding CO 2 uptake and energy storage abilities are attributed to the ultra‐high surface area, N‐doping, conductivity, and rigidity of NCA frameworks.
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