樹脂基氮摻雜炭材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種具有發(fā)展前景的綠色能量存儲(chǔ)器件。炭材料具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)和可設(shè)計(jì)的孔道及摻雜結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于超級(jí)電容器的電極材料。為了提高炭材料的電容性能，通常對(duì)其進(jìn)行雜元素?fù)诫s。其中，氮摻雜由于能夠有效改變炭材料表面電子密度和提高活性位點(diǎn)而被廣泛研究。
　　本工作以鄰氨基苯酚-甲醛樹脂為碳源和氮源，以F108為表面活性劑，采用熱解含氮前驅(qū)體法制備出了氮含量在1.67-4.79％之間的樹脂基氮摻雜炭材料，將其

2、用作超級(jí)電容器的電極材料并進(jìn)行電化學(xué)性能的測試。通過改變催化劑NaOH用量、F108用量、溶劑揮發(fā)溫度和炭化速率，來探究不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)材料結(jié)構(gòu)及電容性能的影響規(guī)律，得出以下結(jié)論:
　　1.鄰氨基苯酚與甲醛在NaOH的催化作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)形成體型聚合物，同時(shí)在表面活性劑F108的分隔作用下最終形成了由在三維空間內(nèi)相互粘連延展的納米級(jí)顆粒所組成的樹脂基氮摻雜炭材料。這種炭材料的孔徑主要集中分布在中孔和大孔上，這為研究比表面積和摻雜元

3、素對(duì)電容性能的影響提供了一個(gè)很好的物理化學(xué)平臺(tái)。當(dāng)作為電極材料時(shí)，表現(xiàn)出了較為理想的雙電層電容特性，雖然比表面積較小(90m2 g-1)，卻擁有較高的比容量(130F g-1)。
　　2.當(dāng)NaOH用量從0g增加到0.1g時(shí)，所得炭材料的比表面積和氧元素含量不斷減小，氮元素含量先增加后減小，比容量呈先升高后降低的趨勢;當(dāng)F108用量從0g增加到2.5 g時(shí)，所得炭材料的比表面積先增大后趨于穩(wěn)定，摻雜元素含量不發(fā)生變化，比容量呈先上

4、升后穩(wěn)定的趨勢;當(dāng)揮發(fā)溫度從5℃升高到40℃時(shí)，所得炭材料的比表面積和氧含量不斷減小，氮含量不斷提高，比容量先升高后降低;當(dāng)炭化速率從1℃/min升高到10℃/min時(shí)，所得炭材料的比表面積和氧含量不斷增加，氮含量不斷下降，比容量先降低后升高。由此，我們得到樹脂基氮摻雜炭材料的電化學(xué)性質(zhì)是受比表面積和摻雜元素含量共同影響的結(jié)論。
　　3.作為炭化前驅(qū)體的殘留物，通常會(huì)有大量的氧元素存在于炭表面上。所制備的樹脂基氮摻雜炭材料中含有較