Use of Gemini surfactant as emulsion interface microreactor for the synthesis of nitrogen-doped hollow carbon spheres for high-performance supercapacitors

Weizheng Li¹, Bingyu Li¹,Ming Shen^1,*, Qiang Gao^1,*，Jianhua Hou²

¹School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225002,China

²School of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225000, PR China

【论文简介】

迄今为止，拥有中间联接基团（spacer）的双头双尾型（Gemini型）阳离子表面活性剂所形成的分子有序组合体结构被用于介孔碳材料的可控制备研究鲜见报道。相较于传统单链阳离子型表面活性剂（如CTAB），其Gemini型表面活性剂具有更高的表面活性、更低的Krafft点、更好的水溶性和更低的cmc值，而双子型表面活性剂中存在的联接基团长度具有可调性，在形成胶束等分子有序组合体时其膜强度与传统单链表面活性剂相比相对较低，分子内（头基）的空间则相对较大，导致一方面双子表面活性剂胶束的栅栏层能够增溶更多的3-氨基酚等反应物分子，另一方面在适量乙醇存在下所形成的胶束稳定性有所降低，因而可以通过体系组分用量的简单调控，实现对酚醛树脂在阳离子胶束界面上所进行聚合反应的动力学控制，从而有利于获得更为丰富的尺寸、结构和内部孔道结构可调的多孔碳前驱体微纳结构。本论文报道了利用阳离子型双子（Gemini）表面活性剂作为软模板剂控制合成了具有内联通特殊结构的氮掺杂介孔空心碳球。这种内联通结构氮掺杂介孔中空碳球的获得是阳离子型Gemini表面活性剂形成的胶束结构特点及其不稳定性而易在反应体系中形成联通型软模板结构和对酚醛树脂界面聚合反应动力学的调控所致。所得这一独特结构的氮掺杂介孔中空碳球在作为双电层电容器电极时，展示出了高的比电容(240 F×g⁻¹at 0.2 A×g⁻¹)、高的电容保持率（161 F×g⁻¹at 20 A×g⁻¹）和优异的循环稳定性（5000次循环后在10 A×g⁻¹下电容保持率为92%），从而展现出良好的应用前景。硕士研究生李维政为本文的第一作者。

Figure 1.Synthesis of Nitrogen-doped polymer-silica and carbon-silica composite nanospheres withcross-interlocking mesostructures.

Chemical Engineering Journal,2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123309. IF: 8.355

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719327214