Isolated Boron and Nitrogen Sites on Porous Graphitic Carbon Synthesized from Nitrogen‐Containing Chitosan for Supercapacitors

超级电容器 化学工程 材料科学 氮气 硼酸 碳化 碳纤维 水热碳化 电解质 壳聚糖 无机化学 电容 化学 电极 有机化学 复合数 复合材料 扫描电子显微镜 物理化学 工程类
作者
Li Sun,Yu Fu,Chungui Tian,Ying Yang,Lei Wang,Jie Yin,Jing Ma,Ruihong Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:7 (6): 1637-1646 被引量:133
标识
DOI:10.1002/cssc.201400048
摘要

Abstract Separated boron and nitrogen porous graphitic carbon (BNGC) is fabricated by a facile hydrothermal coordination/ZnCl 2 ‐activation process from renewable and inexpensive nitrogen‐containing chitosan. In this synthetic pathway, chitosan, which has a high nitrogen content, first coordinates with Fe 3+ ions to form chitosan–Fe that subsequently reacts with boric acid (boron source) to generate the BNGC precursor. After simultaneous carbonization and ZnCl 2 activation followed by removal of the Fe catalyst, BNGC, containing isolated boron and nitrogen centers and having a high surface area of 1567 m 2 g −1 and good conductivity, can be obtained. Results indicate that use of chitosan as a nitrogen‐containing carbon source effectively prevents nitrogen atoms from direct combination with boron atoms. In addition, the incorporation of Fe 3+ ions not only endows BNGC with high graphitization, but also favors for nitrogen fixation. Remarkably, the unique microstructure of BNGC enables its use as an advanced electrode material for energy storage. As electrode material for supercapacitors, BNGC shows a high capacitance of 313 F g −1 at 1 A g −1 , and also long‐term durability and coulombic efficiency of >99.5 % after 5000 cycles. Notably, in organic electrolytes, the energy density could be up to 50.1 Wh kg −1 at a power density of 10.5 kW kg −1 . The strategy developed herein opens a new avenue to prepare BNGC without inactive BN bonds from commercially available chitosan for high‐performance supercapacitors.
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