在国家自然科学基金（51125006, 91122034, 51402336）等项目的资助下， 中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究员、北京大学林天全副研究员和美国宾夕法尼亚大学陈一苇教授共同合作，制备了一种有序介孔少层碳的新型材料。这种材料是石墨烯广义家族的一种新结构，具有优异的三维微观导电性能。科研人员发现，氮掺杂的介孔石墨烯具有优异的电化学储能特性，相关研究成果以“Nitrogen-doped mesoporous carbonof extraordinary capacitance for electrochemical energy storage”（具有超常容量的电化学存储用氮掺杂介孔碳）为题发表于Science（2015, 350 (6267), 1508-1512）杂志。
超级电容器是重要的新型储能器件，具有功率密度高、循环寿命长和安全可靠等特点。目前超级电容器已应用于混合电动汽车、大功率输出设备等，形成非常可观的市场规模，近年来保持近20%的全球增长率。但现有超级电容器仍受限于低能量密度（商用活性炭：5–7 瓦时/公斤），远不如锂电池（>80瓦时/公斤）。究其原因在于较低的比容量（<250法拉/克）。而同属炭族的石墨烯，因拥有高比表面积、优良导电率和稳定化学结构特点，是目前的研发热点，并有望成为下一代高性能超级电容器的理想电极材料。该团队合成的一种氮掺杂有序介孔石墨烯，具有良好的电化学储能特性，比容量高达855法拉/克，组装成的对称器件能快速充电和快速放电，不亚于商用碳基电容器。
这种新型材料的优秀性能源于氮掺杂诱导了氧化还原反应，增加了电化学储能活性却没有降低材料的高导电率。高比表面积特性可增加电极的双电层电容；而氮掺杂进一步引入氧化还原反应，增加赝电容储能活性，同时又不会降低材料的高导电率。黄富强团队对利用电极材料的结构—性能之间的关系进行研究，设计氮原子在石墨烯中的不同结构位点以调控电极材料的氧化还原电位，显著提高了电极材料的电容量。比如，吡啶型和吡咯型氮原子的电化学活性高于石墨型的氮原子。这一发现将为科研人员设计高电化学活性的电极材料提供新的思路。对电化学过程做深入的研究后发现，氮掺杂的介孔石墨烯与酸性电解液之间是单个电子的转移过程。所研制的对称器件在水溶液中工作安全无毒，能量密度为41瓦时/公斤，功率密度达到26千瓦/公斤。因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势，在快速充放方面又远远优于锂电池，它的研制对推动我国超级电容器的行业进展，提升行业竞争优势具有重要意义。