Controlled synthesis of carbon spheres via the modulation of the hydrophobic length of fatty aldehyde for supercapacitors

肺表面活性物质 碳纤维 化学 化学工程 电化学 溴化铵 超级电容器 材料科学 电极 复合数 工程类 物理化学 复合材料
作者
Shujuan Jia,Qian Guo,Ming Shen,Qiang Gao,Kai Wang
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier BV]
卷期号:636: 128064-128064 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2021.128064
摘要

A hydrothermal method was employed to synthesize nitrogen-doped porous carbon spheres (NPCSs), with tetraethoxysilane as the silica source, a phenolic resin, formed by the reacting 3-aminophenol with amphiphilic aliphatic aldehydes, as a carbon source and the self-assembly of imidazole cationic surfactant (1-dodecyl-3-methylimidazolium bromide) as a soft template. The effect of the carbon chain length of the fatty aldehyde on the morphology, pore parameters and electrochemical properties of the synthesized carbon nanomaterials was systematically investigated. Notably, the pyrene probe test shows that aliphatic aldehydes with different hydrophobic chain lengths are solubilized to the fence layer of the surfactant, which may increase the distance between the hydrophilic head groups of the surfactant and lead to collapsing of carbon sphere surfaces. Nonetheless, the synthesized N-doped porous carbon spheres exhibit interconnected pore structures, high surface area (1032–1040 m 2 g −1 ), large pore volume (0.82–1.30 cm 3 g −1 ), large pore size (3.73–6.32 nm) and abundant N content (5.86–6.94 at%). Moreover, Electrochemical tests in 6 M KOH demonstrated impressive electrochemical performance, with specific capacitance as high as 181 F g −1 at 1 A g −1 and an excellent rate capacity of 96% retention after 5000 cycles at 10 A g −1 . • The alkyl chain length of aliphatic aldehydes can effectively control the structure of carbon nanospheres. • Aliphatic aldehydes are solubilized to the fence layer of the surfactant micelles. • The self-assembly of imidazole cationic surfactant ([C12mim]Br) acts as soft template. • The NPCSs exhibited superior capacitive performance (181 F g -1 at current density of 1 A g -1 ). • NPCSs were synthesized through hydrothermally carbonization and corrosion of hydrogen acid.

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