由于巨大的体积变化和动力学迟缓，开发用于超稳定储钾的碳材料受到了巨大的挑战。研究表明，富氮多孔碳材料可以有效用于钾存储，然而，合理控制氮掺杂对于进一步改善储钾的长期容量衰减仍具有挑战性。
有鉴于此，德累斯顿工业大学Stefan Kaskel，西北工业大学王洪强教授报道了一种制备用于超稳定K离子存储的富边缘N掺杂多孔碳纳米片（ENPCS）的新策略。
文章要点
1）研究人员通过热解将芳族吡啶部分转移到边缘N杂环碳环中，使之融合并堆叠在铜的周围。而蚀刻可以通过浸出铜来产生微孔，同时引入一些O-官能团。聚合物网络本身显示出清晰的轮廓，长方体状的纳米片，光滑的表面光滑。在500 ℃碳化后，所得的碳ENPCS-500保留了前驱体固有的形态，并具有随机聚集的长方体。然而，由于收缩和孔的形成，表面变得粗糙，并带有许多孔，表明存在的结构缺陷可能有利于K+的储存。TEM图像显示，ENPCS-500具有短涡轮层状纳米域的无定形结构，该区域随机堆积并具有丰富的微孔性。同时观察到一些晶格条纹，其层间距离为0.38-0.41 nm，大于石墨（0.335 nm）。HAADF-STEM和元素映射显示，N和O均匀分布在ENPCS-500的长方体上。随着热解温度的升高，ENPCS-650和ENPCS-800也显示出相似的形态特征。然而，其固有的结晶度，杂原子掺杂和微孔性发生改变。
2）研究人员通过将热解温度降低到500 ℃，获得的ENPCS既具有9.34 at％的高边N含量和616 m2 g-1的高表面积，同时更加丰富了材料的内部空间分布。
3）ENPCS具有高可逆容量（313 mAh g-1），高倍率容量和超长循环稳定性，在1 A g-1下，经过6000次循环中几乎没有降解（0.0009％衰减率和252 mAh g-1的剩余容量） ，具有最佳的循环稳定性。
4）通过充分利用表面吸附电容行为，高的边缘N含量，内部空间更丰富的N分布以及较高的表面积共同导致了ENPCS优异的超稳定性能。
该研究工作将碳质材料用于稳定的基于K离子的储能装置迈出了重要一步。
Fei Xu, et al, Ultrastable surface-dominated pseudocapacitive potassium storage enabled by edge-enriched N-doped porous carbon nanosheets, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202005118
https://doi.org/10.1002/anie.202005118
