综述：用于电化学储能和转换应用的氮掺杂中空碳球：综述

《Carbon Letters》：Nitrogen-doped hollow carbon spheres for electrochemical energy storage and conversion applications: a review

　　

摘要

氮掺杂中空碳球（NHCSs）作为电化学储能和转换的电极材料引起了极大的关注。它们的中空内部结构和可调节的多孔外壳提供了较大的表面积以及良好的导电性，从而改善了电解质的渗透性和离子传输。氮掺杂改变了碳结构的电子特性，并增添了电化学活性位点。因此，NHCSs在超级电容器、锂离子电池和钠离子电池以及氧还原反应中得到了广泛应用。多个结构因素影响着其电化学性能：壳层厚度、孔隙特性、石墨化程度以及氮的分布方式都非常重要。石墨化氮主要提升了导电性；而吡啶基和吡咯基氮物种则产生了氧化还原活性位点，从而改善了赝电容行为和电催化活性。结合中空且介孔的结构特性（这些结构能够吸收体积变化并加速离子扩散），这些氮的分布方式在很大程度上决定了基于NHCSs的电极的性能。将NHCSs与金属氧化物、硫化物、氮化物或贵金属复合，可以通过结构协同效应和界面效应进一步提升性能。在本文中，我们认为氮的分布方式、壳层结构和孔隙工程并非独立的设计参数，它们相互依赖，共同控制着电荷转移动力学、离子传输效率以及结构稳定性。理解它们之间的相互作用对于设计下一代碳基电极材料具有重要意义。本文总结了NHCSs及其复合材料的合成、结构工程、杂原子掺杂以及电化学应用方面的最新进展，重点探讨了合成策略、结构特性和氮的分布方式如何共同决定了电化学性能。