Green Carbon
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Green Carbon is an interdisciplinary journal promoting cutting-edge science and technology developments of green resources, green conversions, green processes and green products leading to low, zero or negative carbon emissions.
英文原题：Disordered Carbon Structures Enhance Capacitive Storage
作者：Yu Liang, Zihao Xing*, Mengtian Huo, Zengyu Han, Alei Dang, Bingcheng Luo, Dongshuang Wu*, Jinfa Chang*
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背景介绍
Background
本工作聚焦Alexander C. Forse等人在Science期刊上发表的关于纳米多孔碳材料电容性能的论文（Science 2024, 384, 321–325），强调了电化学储能（EES）技术在全球能源研究中的核心地位，尤其是在解决间歇性能源储存与利用方面的关键作用。开发高能量和功率密度的EES系统对于满足未来能源需求至关重要。在众多储能材料中，多孔碳因其卓越的导电性和成本效益在商业应用中尤其受关注，特别是在电化学双电层电容器（EDLCs）电极材料的使用上。尽管纳米多孔碳材料展示了巨大的潜力，但其结构优化以提升超级电容器性能仍是一个重大挑战。针对这一点，早期的研究揭示了纳米孔径的调整能够改善电容性能，但这些研究结果存在矛盾，说明电容与孔隙尺寸之间的关系尚未明确。
东北师范大学邢子豪副教授、常进法教授联合新加坡南洋理工大学吴冬霜助理教授于Green Carbon上发表标题为“Disordered Carbon Structures Enhance Capacitive Storage”的文章，对发表在Science的研究进行了亮点点评，揭示了碳结构对超级电容器储能机制的影响，为碳材料结构设计指明了方向。
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文章简介
Introduction
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研究揭示了碳材料结构的无序性与电容之间的紧密联系，这对于设计高能量密度的电化学储能器件至关重要。通过核磁共振波谱和模拟研究，发现无序碳材料由于其较小的石墨烯域，能够更有效地储存离子从而提高电容。固态核磁共振波谱分析表明，纳米多孔碳材料中的有序域尺寸（即碳孔壁的类石墨烯碎片的平均尺寸）对电容有显著影响。针对这一点，笔者从合成领域研究碳材料有序性与电容-孔径关系，发现在既有的研究中，低温合成的碳材料具有较小的有序结构和无序的局部结构，其电容受孔径影响较小。而通过退火过程可以增加碳结构的有序度，有序度的增加虽然对孔径影响不大，但会导致电容降低，这表明纳米多孔碳材料的电容大小主要由碳结构的局部结构无序性控制，而与孔隙大小无关。
将纳米多孔碳材料制作成超级电容器器件并进行电容测试，从实验结果可以发现无序化的碳材料在离子储存能力上优于有序碳材料，这主要是因为结构域较小的碳材料拥有更强的离子域碳原子间相互作用，从而实现更有效的离子储存和更高的电容。
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总结及展望
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尽管对商业多孔碳材料的结构无序与电容关系进行了分析，但在水系电解质和离子液体中的情况仍需进一步研究。此外，目前的电化学测试是在较低的充电速率下进行的，高充电速率下结构无序度高的碳材料的电容稳定性较差，这需要通过更多的实验研究来明确。本研究深入探讨了在特定条件下碳材料结构无序性对电容性能的影响，成功解决了以往文献中关于孔径、比表面积与电容之间关系的不一致性争议。
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作者
Author
邢子豪 副教授
邢子豪，东北师范大学化学学院副教授，2013年、2019年获得吉林大学工学学士学位和理学博士学位。2019-2022年在深圳大学微纳光电子学研究院和德国伊尔梅瑙工业大学进行联合博士后研究。主要研究方向为碳基材料的理性设计、可控合成及电催化性能研究。相关工作在Adv. Mater.等期刊发表论文十余篇。
吴冬霜 助理教授
吴冬霜，新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院助理教授。2014年在中国科学院福建物质结构研究所获物理化学博士学位，2014-2022年在京都大学先后担任特别研究员和助理教授。研究兴趣为借助先进的表征工具、理论方法和数据驱动等揭示纳米材料结构与目标应用的构效关系；重点关注具有特定成分、尺寸、形状和晶体结构的纳米材料，特别是金属及其合金在催化、能源相关领域的应用。已在Nature Synthesis、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表论文60余篇。
常进法 教授
常进法，东北师范大学化学学院教授，国家级高层次青年人才。Green Carbon青年编委。2017年在中国科学院长春应用化学研究所获物理化学博士学位，2018-2023年先后在日本国立产业技术综合研究所-京都大学、美国中佛罗里大学任特别研究员和杰出博士后。主要研究兴趣为电催化氢-电能量转化关键电极材料与器件；尤其关注功能纳米贵金属、非贵金属材料理性设计、精准合成及电催化反应机理、实际应用等。已在Nature Energy、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Joule等期刊发表论文50余篇。
相关论文信息
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论文信息
Y. Liang, Z.H. Xing，M.T. Huo, et al. Disordered Carbon Structures Enhance Capacitive Storage[J]. Green Carbon, 2024.
论文网址
https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.06.004
供稿：常进法 教授
（东北师范大学）
编辑：Green Carbon 期刊中心
审核：Green Carbon 期刊中心
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关于
Green Carbon
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Green Carbon（绿碳，ISSN 2950-1555）是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所创办、与科爱集团联合出版的开放获取英文学术期刊，聚焦绿色碳资源的开发与利用、化石碳资源的绿色转化与利用、排放碳资源的固定与利用，以及多尺度碳循环的分析与管理等主题，推动可持续发展领域的科技创新，打造多学科融合的国际一流学术交流平台。期刊将发表原创性研究论文、综述类文章、社论、简短通讯、观点和专题类文章。
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