中国科学院沈阳分院

简　　 报

第十一期

总691期

沈阳分院办公室　　　　　　　　　　　二○○八年四月二日

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我国科学家研制成功新型多孔炭材料

金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部成会明研究员、李峰副研究员和博士研究生王大伟等与澳大利亚昆士兰大学逯高清教授合作，在国家自然科学基金委的支持下，设计并制备出一种局域石墨化三维层次多孔结构的新型多孔炭材料（Hierarchical Porous Graphitic Carbon, HPGC）。该材料在高倍率条件下同时具有很高的能量密度和功率密度，可用作超级电容器的电极材料，相关论文在Angewandte Chemie International Edition（47，373-376，2008）上发表。

开发在高倍率条件下具有高能量/高功率密度的多孔炭材料是能源用炭材料领域的主导研究方向之一。基于该类材料的储能器件——超级电容器，与混合动力汽车和电动汽车的发展密切相关。然而，目前报道的多孔炭材料的能量密度和功率密度在高倍率条件下通常迅速衰减，很难满足电动汽车等对超级电容器高能量/高功率密度的迫切需求。

该研究组研究了在多孔炭电极中发生的基本电化学过程（J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8570-8575），发现多孔电极的电荷存储能力由多孔结构的离子传输性能（受孔的尺寸、形状及取向等因素影响）、多孔炭的电子导电性以及电解液性质和电解液与炭材料之间的物理化学相互作用等因素所决定。据此他们提出将不同尺度孔（大孔－中孔－微孔）以三维网络形式组装，同时尽可能获得局域石墨片层结构的电极材料设计思想。其设计原理是：局域石墨化三维层次多孔结构（HPGC结构）可充分利用大孔结构作为准体相的电解液储存池以缩短离子扩散距离，中孔结构提供快速的离子输运通道，大孔－中孔协同作用可实现电解液离子在多孔炭电极中的准体相快速扩散行为；微孔的高静电吸附容量赋予优异的电化学储能活性；局域石墨片层则能够提高材料本体的电子导电性。HPGC结构可有效增加离子可利用的电化学活性表面积和电化学活性，并显著降低大电流导致的电位极化，从而获得在高倍率条件下高能量/高功率密度的电化学能量存储与转换能力。

HPGC结构的诸多特点，使其制备十分困难。为此科研人员提出了采用液相无机模板方法，制备出具有上述大孔－中孔－微孔三维层次孔结构和局域石墨片层结构的HPGC材料。实验结果证明，HPGC材料比活性炭和有序介孔炭材料具有更加优异的高倍率电化学能量存储与转换能力。优异的高倍率储能性能在水系和有机系电解液中均能实现，该性能超过美国提出的PNGV（(the Partnership for a New Generation of Vehicle）功率指标。如果进一步提高电解液的工作电压，在保持优于PNGV功率密度指标的同时，还可望实现更高的能量密度。这些结果表明局域石墨化三维层次多孔结构炭材料有望成为电动汽车超级电容器用优良的电极材料。

此外，上述液相无机模板方法还是一种普适的多孔材料合成方法。通过调节模板材料的物理化学性质，能够获得具有不同结构和理化性质如带磁性的层次孔炭材料及炭基复合材料，这些材料在磁性分离、催化等清洁能源与环境保护领域有着广阔的应用前景。（金属所供稿） 

东北森林植物种质资源专项调查项目在沈阳正式启动 

由沈阳应用生态所主持，东北林业大学、北华大学、黑龙江大学等高校共同承担的科技基础性工作专项2007年重点项目——“东北森林植物种质资源专项调查（2007FY110400）项目”启动会近日在沈阳召开。

会议由科技部基础研究司综合与基础性工作处周文能处长主持，由李文华院士、祝廷成教授、周晓峰教授、马克平研究员、曹同教授等组成的项目专家组，中国科学院资源环境局、计划财务局，以及项目各承担单位主管领导、项目骨干等约60余人参加了会议。

“东北森林植物种质资源专项调查项目”以占全国森林面积1/4的东北森林区域为对象，在充分借鉴有关历史资料的基础上，通过全面野外调查，摸清这一地区维管束植物的种类、分布现状与变化，广泛采集植物种质和标本材料，构建调查数据平台和信息共享服务平台，为国家生物种质资源战略体系建设提供基础性的数据服务。

项目专家组在听取了项目负责人韩士杰研究员所作的项目实施方案汇报后认为，项目通过对东北森林植物种质资源的频度、分布及生境条件开展普遍调查和专项调查，广泛收集植物种质和标本，能够摸清东北森林植物种质资源现状，实现增加国家生物种质资源样本保存总量和丰富国家馆藏标本资源的目标；在分析植物种质资源变化动态的基础上，对种质资源利用与保护进行综合评估，建立可查询和可展示的东北森林植物种质资源信息管理及发布平台，能够为国家资源战略规划和区域产业布局决策以及区域资源和经济可持续发展、生态建设实践等提供可靠的科学依据。同时，项目各承担单位分工明确且课题任务相互交叉，有机地融合为一支步调一致、方法统一、专业特色明显的专业调查队伍。专家组还对项目实施的方法和技术等提出了中肯的建议，并殷切期望项目能够在前人基础上更上一层楼，为进一步读懂东北森林这部大书增添浓重的一笔。

周文能处长指出，该项目在启动前开展了卓有成效的工作部署，特别是项目组编制的工作手册细致、周密地规范了野外调查的方法和程序，为获取准确的科学数据提供了充分的保证，项目拟定的数据汇交与发布方案，符合科技部对科学数据共享的要求。黄铁青处长要求参加项目的科研人员团结协作、不断创新，扎实开展工作，为国家资源战略规划和区域产业布局决策提供科学、翔实的基础数据。

生物种质资源是社会、经济和人类福祉可持续发展的基础，是全球性的战略资源和国家安全的重要基础性资源。东北森林是世界同纬度地带植物种质资源最为丰富的区域，森林植物种质资源本底专项调查和种质材料的采集工作种质资源可服务于森林生态系统管理、恢复生态学和遗传育种学研究，也是国家展现可持续发展能力和参与国际竞争的根本保证。（沈阳应用生态所供稿）