Ketene sind elektronenreiche und hochreaktive Moleküle, die eine zentrale Rolle in der organischen Chemie spielen. In dieser Studie werden sie gezielt zur Synthese von reduktiven Kohlenstoffmaterialien eingesetzt – Kohlenstoffmaterialien mit einer niedrigeren Austrittsarbeit im Vergleich zu Graphit. Durch die gezielte Gestaltung ketenbasierter Vorläufer lassen sich die chemischen und elektronischen Eigenschaften dieser reduktiven Kohlenstoffe präzise steuern. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Austrittsarbeit der Materialien die Plateaukapazität der negativen Elektrode in Natrium-Ionen-Batterien entscheidend beeinflusst.
Abstract
Die Entwicklung vielseitiger Strategien zur Herstellung funktioneller Kohlenstoffmaterialien ist entscheidend für den Fortschritt in einer Vielzahl von Anwendungen in der Materialwissenschaft. Das Design von Präkursoren spielt eine zentrale Rolle bei der Steuerung der Chemie und Struktur von Kohlenstoffmaterialien für spezifische Anwendungen. Diese Studie beschreibt die Synthese von Derivaten der Meldrum-Säure durch Knoevenagel-Kondensation mit aromatischen Heterocyclen wie Pyrrol, Furan und Thiophen, die als Precursoren für kohlenstoffhaltige Materialien mit maßgeschneiderten chemischen und elektronischen Eigenschaften dienen. Die thermische Kondensation dieser Precursoren erfolgt über hochreaktive, elektronenreiche Ketenzwischenprodukte, die eine entscheidende Rolle bei der Bildung der Kohlenstoffmaterialien spielen. Die resultierenden heteroatomdotierten Kohlenstoffmaterialien zeigen anpassbare chemische, physikochemische und strukturelle Eigenschaften, die wir mit ihren Energiespeicherleistungen korrelieren konnten. Wir betrachten diese Strategie als äußerst vielversprechend für die Entwicklung hochleistungsfähiger kohlenstoffhaltiger Materialien mit einstellbaren Eigenschaften für ein breites Anwendungsspektrum, von elektrochemischer Energiespeicherung und -umwandlung bis hin zu Wasserfiltration, Umweltreinigung und darüber hinaus.