近日，中南大學化學化工學院紀效波教授課題組在碳量子點材料的宏量制備、微結(jié)構(gòu)調(diào)控及電化學儲鉀應用方面取得新進展，相關(guān)研究成果“Carbon quantum dot micelles tailored hollow carbon anode for fast potassium and sodium storage”發(fā)表于國際知名期刊Nano Energy （IF= 15.548，DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104038）上，侯紅帥特聘副教授為該論文的通訊作者，2017級碩士生洪彎彎為該論文的第一作者。

作為當前儲能器件研究領(lǐng)域的一個新熱點，鉀離子電池由于其高能量密度、低成本以及鉀儲量豐富等優(yōu)點受到廣泛的研究與關(guān)注。受鉀離子半徑大與石墨有限層間距的限制，傳統(tǒng)石墨碳負極材料在儲鉀時常呈現(xiàn)出較差的循環(huán)穩(wěn)定性與倍率性能。與具有緊密排列結(jié)構(gòu)的石墨不同，無定形碳具有相對較大的層間距與無序納米微晶結(jié)構(gòu)，有望成為鉀離子電池高性能負極材料。

本研究提出了利用碳量子點模板法調(diào)控中空聚吡咯進而得到中空結(jié)構(gòu)氮摻雜碳材料的方法。碳量子點在不同醇/水配比溶液中形成大小不同的膠束，可作為聚吡咯包覆生長的內(nèi)核，聚吡咯包覆后可通過兩種途徑實現(xiàn)中空結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，一是通過過量乙醇溶解內(nèi)核后再熱解；二是直接熱解，富含含氧官能團的碳量子點分解，內(nèi)部產(chǎn)生空洞，同時分解產(chǎn)生的氣體在聚吡咯碳化得到的碳殼層上造出許多微孔，從而實現(xiàn)了碳點的“造空”與“造孔”，最終得到多孔中空氮摻雜碳材料。電化學測試表明，材料具有優(yōu)異的穩(wěn)定性與倍率性能：在100 mA g-1的電流密度下循環(huán)100圈之后容量保持在254 mAh g-1；在1.0 A g-1電流密度下循環(huán)800周之后比容量保持在160mAh g-1；其倍率性能表現(xiàn)為在4.0 A g-1電流密度下比容量保持145 mAh g-1。此外，還對材料的儲鉀機制進行了系統(tǒng)的研究。

紀效波教授、侯紅帥副教授長期從事碳量子點的相關(guān)研究工作，提出了以乙醛、丙酮和氫氧化鈉為原料，通過室溫羥醛縮合反應宏量制備碳量子點的新方法（Advanced Materials 2015, 27, 7861-7866; Advanced Science 2017, 4 , 1600243），并在碳點衍生碳材料維度調(diào)控（Advanced Science 2018, 5, 1800080）、雜原子摻雜（Small 2017, 13, 1700762; Green Chemistry 2017, 19 , 4622-4632）、形貌設計（Advanced Materials 2016, 28 , 9391-9399; Journal of Materials Chemistry A 2016, 4, 12591-12601）、孔隙構(gòu)筑（Nano Energy，2019, 65, 104038）、表界面改性（Energy & Environmental Science 2013, 6, 3665-3675; Journal of Materials Chemistry A 2015, 3, 5648-5655; Journal of Materials Chemistry A 2015, 3, 866-877）等方面取得了系列研究成果。