氧化鋅保護(hù)下氮摻雜多孔碳的制備及其聚苯胺復(fù)合材料在超級(jí)電容器上的應(yīng)用研究.pdf

1、伴隨著能源需求的多樣化和人們對(duì)環(huán)保的重視，新型儲(chǔ)能裝置成為能源研究的重點(diǎn)，作為一種新型的儲(chǔ)電元件，超級(jí)電容器的性能介于傳統(tǒng)電池和傳統(tǒng)的電容器之間，即功率密度大于前者，而能量密度大于后者，這使得超級(jí)電容器具有傳統(tǒng)電池和傳統(tǒng)電容器所不具備的優(yōu)勢(shì)，因此為眾多研究者所關(guān)注。電極材料是決定超級(jí)電容器的關(guān)鍵因素，是超級(jí)電容器研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前，碳材料和導(dǎo)電高分子材料是兩種常用的制備超級(jí)電容器電極材料的物質(zhì)。作為一種導(dǎo)電聚合物，聚苯胺是很優(yōu)異的制備超級(jí)

2、電容器的材料，但是由于其充放電過(guò)程中容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差，所以常將其他材料復(fù)合來(lái)克服此缺陷，而碳材料是較為常用的選項(xiàng)。氮摻雜多孔碳材料不僅具有比表面積大和孔結(jié)構(gòu)優(yōu)良的特點(diǎn)，而且氮元素的摻雜能夠在碳材料表面引入許多含氮官能團(tuán)，增加碳材料的潤(rùn)濕性和贗電容，從而使碳材料的比電容有所提升，而氮摻雜碳材料中的結(jié)構(gòu)氮能夠改善碳材料的導(dǎo)電性能，這對(duì)增加超級(jí)電容器的比電容也是有益的。本文通過(guò)聚苯胺與氮摻雜多孔碳材料復(fù)合制備了超級(jí)電容器的電

3、極材料。
　　本論文通過(guò)溶液驅(qū)動(dòng)法在飽和的氯化鈉溶液中合成多孔聚苯胺(porous PANI)，使用化學(xué)沉淀法將ZnO包覆在多孔聚苯胺上，進(jìn)而制備氮摻雜多孔碳材料（porous carbon），在濃硝酸中處理所制備的氮摻雜多孔碳材料；在鹽酸摻雜的條件下通過(guò)原位復(fù)合制備氮摻雜多孔碳/聚苯胺（CP）。使用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射分析（XRD）、拉曼分析(Raman)、BET測(cè)試、掃描電鏡（SEM）等對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了

4、表征，通過(guò)循環(huán)伏安測(cè)試（CV）、恒流充放電測(cè)試（GCD）和交流阻抗測(cè)試（EIS）對(duì)所制備材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。研究證實(shí)：
　?、偻ㄟ^(guò)較為簡(jiǎn)易且環(huán)保的溶液驅(qū)動(dòng)法在飽和氯化鈉溶液中制備出具有特殊多孔結(jié)構(gòu)的聚苯胺porous PANI，其可以作為制備氮摻雜多孔碳材料的原材料。
　?、谕ㄟ^(guò)化學(xué)沉淀法成功地將ZnO包覆在多孔聚苯胺porous PANI上，并且在多孔碳聚苯胺碳化過(guò)程中，ZnO對(duì)其多孔結(jié)構(gòu)起到了很好的保護(hù)作用，有Z

5、nO保護(hù)的氮摻雜多孔碳材料比無(wú)ZnO保護(hù)的氮摻雜多孔碳材料Cnone具有更大表面積和更優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　③使用不同質(zhì)量比的苯胺和碳材料通過(guò)原位聚合法制備氮摻雜多孔碳/聚苯胺復(fù)合材料（CP），并且證實(shí)，當(dāng)苯胺與碳材料的質(zhì)量比是5:1時(shí)，所制備的氮摻雜多孔碳/聚苯胺復(fù)合材料（CP5）具有最大的比電容，在1A/g下測(cè)得CP5的比電容為455F/g。在10A/g下對(duì)CP5和純聚苯胺進(jìn)行800次充放電測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)，CP5初始電容的保