氮摻雜多孔炭的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、氮摻雜多孔炭由于其碳骨架上的含氮官能團(tuán)可以提供贗電容并增強(qiáng)材料的表面潤(rùn)濕性，因而其作為超級(jí)電容器電極材料受到研究人員廣泛的關(guān)注。重質(zhì)有機(jī)物主要組分為膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，具有含碳量高、芳香度高、容易聚合和交聯(lián)等特點(diǎn)，適宜作為制備各種功能性炭素材料的前驅(qū)體。本文主要以煤液化殘?jiān)刑崛〉臑r青質(zhì)為碳源，三聚氰胺為氮源，分別采用模板法和KOH活化法，制備氮摻雜多孔炭;通過改變合成工藝及參數(shù)，研究氮摻雜多孔炭孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性變化規(guī)律，以及氮摻雜多孔

2、炭與電化學(xué)性能的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　模板法:
　　1)化學(xué)共混炭化:將三聚氰胺、甲醛體系加入瀝青質(zhì)、檸檬酸鎂混合，混合物經(jīng)固化、炭化、除模板等過程，制備了氮摻雜多孔炭，考察了模板與瀝青質(zhì)的質(zhì)量比和炭化溫度對(duì)多孔炭孔結(jié)構(gòu)、氮含量和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)模板與瀝青質(zhì)的質(zhì)量比為3∶1，炭化溫度為700℃時(shí)，所得樣品的比表面積為1388 m2 g-1，氮含量為4.22wt.％，在電流密度為0.1 Ag-1下的

3、質(zhì)量比電容高達(dá)260 F g-1，電流密度升至4Ag-1質(zhì)量比電容仍可達(dá)214 F g-1;在電流密度為1 Ag-1下，經(jīng)5000次循環(huán)后，電容保持率可達(dá)92％以上。
　　2)機(jī)械共混炭化:將瀝青質(zhì)與三聚氰胺按1∶1的質(zhì)量比混合，與檸檬酸鎂混合，經(jīng)炭化、除模板等過程，制備了氮摻雜多孔炭。結(jié)果表明，在700℃炭化條件下，所得樣品具有較高的質(zhì)量比電容:0.1 A g-1電流密度下，質(zhì)量比電容為209 F g-1，與其較高的比表面積(1

4、003 m2 g-1)和氮含量（3.18wt.％）相關(guān)。相同條件下，采用化學(xué)共混炭化法制備所得氮摻雜多孔炭具有較高的比表面積和氮含量，而機(jī)械混合可獲得較大孔容和平均孔徑的氮摻雜多孔炭。
　　KOH活化法:
　　將瀝青質(zhì)與三聚氰胺充分混合，經(jīng)炭化得富氮前驅(qū)體(NC)，與KOH混合，活化后制備了氮摻雜活性炭。當(dāng)KOH/NC質(zhì)量比由0.5∶1增加到4∶1時(shí)，樣品的BET比表面積從806 m2 g-1增大到2952 m2 g-1，而