储能技术的不断发展要求人们追求具有多种功能的先进材料。近年来的研究表明，多种杂原子掺杂碳已被广泛用于双功能甚至三功能的能量存储和转换。然而，这种多功能性的起源仍有待进一步研究。
有鉴于此，温州大学金辉乐教授和美国北德克萨斯州大学夏振海教授等人，设计了一种氮、磷、硫三掺杂碳，具有高孔隙率，丰富的杂原子掺杂和高质量密度，在超级电容器和氧还原反应中表现出出色的双功能性。
本文要点
1）提出了一种制备杂原子掺杂碳材料的简便且经济高效的方法，该方法涉及原位聚合和后退火工艺。根据所使用的掺杂元素以及掺杂剂前驱体的不同，所制备的碳材料可能会呈现不同的形貌。
2）所制备的NPSC‐1000‐1‐3碳由团聚的薄片组成，提供了有利于电子传输的物理结构。此外，该材料包含丰富的微孔，导致超高的比表面积，这使NPSC‐1000‐1‐3在能量存储方面具有高性能，在150 A g−1的情况下表现出51.6 F g−1的高充放电电容。合成后的对称超级电容器器件可提供18.5 Wh kg-1的高能量密度和较长的循环寿命（> 20 k，50 A g-1）。此外，NPSC‐1000‐1‐3电极对ORR也表现出了出色的活性和长期稳定性。
3）重要的是，密度泛函理论计算表明，相关的共掺杂和三掺杂比单一掺杂能在相邻碳原子上产生更多的活性位点，并且相同类型的活性位点可同时增强双功能。
总之，该工作为未来储能和转换应用的多功能材料设计提供了指导。
参考文献：
Xiaowei Wang et al. Insights of Heteroatoms Doping‐Enhanced Bifunctionalities on Carbon Based Energy Storage and Conversion. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202009109
https://doi.org/10.1002/adfm.202009109
