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Droplet‐Directed Anisotropic Assembly of Semifootball‐Like Carbon Nanoparticles with Multimodal Pore Architectures

材料科学 纳米颗粒 纳米技术 介孔材料 化学工程 多孔性 电解质 大孔隙 碳纤维 电极 复合材料 有机化学 催化作用 复合数 化学 物理化学 工程类
作者
Peiting Guo,Ruizheng Zhao,Zekai Zhang,Jinying Li,Wei Zhang,Aixia Wang,Tianke Kang,Cheng Lian,Ziyang Guo,Jin Wang,Jiangwei Zhang,Yuzhu Ma
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202400503
摘要

Abstract Hierarchical porous carbon nanoparticles, with tailored asymmetric morphologies and pore structures, have great implications in high‐performance electrode materials. However, the controlled synthesis of anisotropic carbon nanoparticles with tailored multimodal pore structures remains a challenge. Herein, a droplet‐directed anisotropic assembly approach to synthesize asymmetric carbon nanoparticles with macro/mesopores is demonstrated. This synthesis relies on the anisotropic growth of mesoporous polydopamine (PDA) seeds on the emulsion interfaces and the subsequent immersion of 1,3,5‐trimethylbenzene (TMB) droplets into the seeds. The obtained carbon nanoparticles present a semifootball‐shaped morphology with a high surface area (383 m 2 g −1 ), well‐controlled macropores (≈105 nm), and mesopores (≈3.8 nm). By tuning the polarity of the oil phase, the morphologies transform from non‐porous spheres to semifootball‐like architectures and finally to nano‐ellipsoid with meso‐channels. The pore structures are further optimized by ZnCl 2 activation, and the semifootball‐like carbon nanoparticles with modulated pore compositions deliver a high reversible capability, excellent rate performance (215 F g −1 at 0.05 A g −1 and 143 F g −1 at 20 A g −1 in organic electrolyte), and enhanced energy density (53.4 Wh Kg −1 ). Simulation results elucidate the structure–activity relationship between the multistage pore structure and electrochemical performance, i.e., pore hierarchy enhances ion diffusion flux, and large‐mesopore structure facilitates rate performance.
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