【J. Am. Chem. Soc.：用EQCM和ssNMR揭示氮掺杂多孔碳的电容电荷存储机制】在分子水平上对多孔电极中离子电吸附过程的基本理解为双电层电容器（EDLC）等下一代储能设备提供了重要指导。被杂原子官能化的多孔碳显示出增强的电容性能，但由于缺乏精确识别多种N种类并建立清晰的结构-特性关系的可靠工具，其潜在机制仍然难以捉摸。本文使用先进的分析技术，如低温固态核磁共振（ssNMR）和电化学石英晶体微天平（EQCM），将复杂的氮官能团与充电机制和电容性能联系起来。首次在分子水平上证明了N掺杂强烈影响EDLC中的电吸附机制。在没有N掺杂的情况下，阴离子（SO42-）吸附-解吸主导了充电机制，而掺杂后，Li+电吸附起着关键作用。在EQCM的帮助下，证明SO42-牢固地固定在N掺杂表面上，留下Li+作为主要电荷载体。与SO42相比，更小的尺寸和更高的Li+浓度有利于更高的电容。胺/酰胺N是高电容的原因，但令人惊讶的是吡啶、吡咯和石墨N基团没有显著影响。2D 1H-15N NMR谱表明，从吡啶到吡咯N的转化导致电容略有降低。这项工作不仅证明了ssNMR是电极材料表面化学表征的有力工具，而且通过EQCM揭示了相关的充电机制，为全面了解EDLC化学铺平了道路。
来源：En Zhang, Yih-Chyng Wu, Hui Shao, Vytautas Klimavicius, Hanyue Zhang, Pierre-Louis Taberna, Julia Grothe, Gerd Buntkowsky, Fei Xu, Patrice Simon, and Stefan Kaskel，Unraveling the Capacitive Charge Storage Mechanism of Nitrogen-Doped Porous Carbons by EQCM and ssNMR，J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 31, 14217–14225，DOI：10.1021/jacs.2c04841#科学##化学##超级电容器##碳##储能#
