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本报讯 介观化学教育部重点实验室胡征教授课题组在超级电容器领域取得重要进展，开发出一种比表面积大、导电性好、结构规整、电化学稳定性高的新型碳纳米笼超级电容器电极材料，具有优异的超级电容性能，应用前景广阔。相关研究论文“Carbon Nanocages as Supercapacitor Electrode Materials”近日以frontispiece论文发表于《先进材料》（Adv. Mater. 24, 2012, 347-352），第一作者为硕士生谢克，通信作者为王喜章教授及胡征教授。
超级电容器（Supercapacitors）是一种新型的储能环保电源，具有充电速度快、使用寿命长、功率密度高、工作温度范围宽、环保节能等突出优点。在能源危机及环境污染日益严重的今天，超级电容器及其关键材料的研发已经成为各发达国家重点扶持的战略目标，也被列入我们国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）。以碳材料为电极材料的超级电容器最具应用价值，它基于电极材料和电解液界面的“双电层”来存储能量，其高比电容的获得可借助容量计算公式C=εS/d来理解。这里ε为介电常数，S为有效比表面积(一般>1000 m2/g)，d为双电层厚度(<1nm)，高S与低d值的共同作用使其在比容量方面具有传统电解电容器无法比拟的优势，可达0.1~0.4F/m2。影响超级电容性能的主要因素包括比表面积、孔径分布、电导率、体积密度、表面官能团等，其中孔结构是影响性能的一个关键因素。活性炭价格低廉，比表面积大，几乎是目前市面上所有超级电容器产品的共同选择，但其比电容和能量密度均比较小，且在大电流充放电情况下性能衰减严重。开发孔结构独特、具有优良超级电容性能的先进碳材料为充满竞争和挑战的前沿课题，事实上，伴随着每一种新型碳材料（如碳纳米管、石墨烯等）的出现，对其超级电容性能的研究和开发均成为学术界和工业界关心的重要内容。
经过多年努力，胡征教授课题组发展了具有自主知识产权的技术路线，合成了具有超大比表面（最大比表面>2000 m2/g）、独特孔结构、高石墨化程度的新型空心碳纳米笼。以此为电极材料的超级电容器的最大比电容达~260 F/g，在高速充放电条件下仍然保持了很高的比电容：放电电流密度为10 A/g时比电容达~180 F/g，在100 A/g时比电容仍然>110 F/g，这种超高速充放电能力能够与最近报道的经复杂工艺制得的最好的石墨烯超级电容器相媲美。这种新型碳纳米笼的高速充放电能力主要源于其高比表面、独特的孔结构及优良的导电性，具有这种特性的碳材料不仅可望应用于超级电容器领域，也是锂离子电池、燃料电池、电催化、多相催化等领域有重要应用前景的基础材料。结合其低廉的造价，温和的制备方法，这种新型碳纳米笼材料有望产生重要而广阔的应用。
胡征教授课题组在碳基纳米材料的生长机理、结构调控及能源导向的功能化研究方面有长期积累，有关成果相继发表于JACS 126(2004)1180、Adv. Mater. 21(2009)4953、Energy Environ. Sci. 2(2009)224、Angew. Chem. Int. Ed. 50(2011) 7132等著名学术刊物并被Chemistry World专题评述，在推进科研成果转化方面也在进行不懈努力。
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