上海交通大学化学化工学院冯新亮、吴东清团队在合成新型多级结构碳材料方面取得突破性进展，相关成果日前发表于《先进材料》杂志。
由碳纳米管和石墨烯等低维碳材料构筑的多级结构碳材料，不仅可继承其构筑单元的优异物理化学性质，还能避免它们的团聚或堆叠，有效提高材料的表面积，使其活性位点充分暴露，从而大幅提升材料性能，在能源领域(如燃料电池、超级电容器、锂离子电池等)有着诱人的应用前景。然而，多级结构碳材料的构筑单元目前仍主要局限于石墨烯、碳纳米管或碳纤维等，对于其结构、组成和性能的调节和控制也因此受到限制。
此次研究人员设计了独特的溶液自组装路线，以聚酰亚胺(pi)为原料，通过调节溶剂和浓度等条件，制备了由二维片状pi组成的具有花状形貌的多级结构聚合物。在经过碳化/氨气活化等步骤处理后，进一步得到保留了原有花状多级结构的氮掺杂碳材料(npc-f)。得益于高表面积、高氮掺杂量以及自支撑的三维多级结构，npc-f不仅展现出优异的氧还原电催化性能，在作为超级电容器的电极材料时也表现出高的容量以及超稳定的循环性能。