Kilogram-Scale Synthesis and Functionalization of Carbon Dots for Superior Electrochemical Potassium Storage

材料科学 表面改性 电化学 阳极 碳纤维 羟醛缩合 化学工程 产量(工程) 储能 纳米技术 电极 化学 有机化学 复合材料 催化作用 冶金 物理化学 复合数 物理 工程类 功率(物理) 量子力学
作者
Lin Li,Yitong Li,Yu Ye,Ruiting Guo,Anni Wang,Guoqiang Zou,Hongshuai Hou,Xiaobo Ji
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 6872-6885 被引量:339
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c10624
摘要

Carbon dot is a type of carbon material with an ultrasmall size of less than 10 nm for all three dimensions, which has attracted more and more attention due to its useful merits. Unfortunately, the complicated synthesis method and low yield largely limit its wide large-scale application. Herein, an inexpensive and high-efficiency aldol condensation method under ambient temperature and pressure was proposed for the large-scale synthesis of CDs, which can obtain products with 1.083 kg in 2 h and realize the functionalization of carbon dots doped with nitrogen (NCDs) and sulfur/nitrogen doubly (NSCDs), and then the mechanism and structure of CDs formation were explained. Moreover, utilizing the feature of controllable assembly of carbon dots, and combined with theoretical calculations, we have designed functionalized 1D carbon fibers (CF) to construct high-performance potassium storage anode materials through the assembly of carbon dots induced by a Zn compound. Benefitting from the microstructure and surface functional groups derived from CDs, the N-doped CF (NCF700) exhibits superior electrochemical energy storage performance for potassium ion batteries (PIBs). This study provides a low-cost and high-yield method to produce CDs and promotes the practical application of CDs in electrochemical energy storage.
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