氮摻雜多孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、碳材料由于其來源豐富、導(dǎo)電性好、比表面積大且穩(wěn)定性好，成為超級電容器最重要的電極材料。但其主要是通過雙電層電容進行儲能，能量密度較小。因此，如何提高電極材料的能量密度成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的研究熱點。根據(jù)能量密度計算公式知:E=0.5CV2，可以通過增大電壓窗口或比電容來提高材料的能量密度。本文以明膠為碳源，分別通過尿素作為氮源對其氮摻雜改性，SiO2作為模板增加比表面積，然后進一步負載2，5-二甲氧基-1，4-苯醌(DMQ)制備復(fù)合材料增

2、加比電容。通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)以及拉曼光譜(Raman)等手段，對材料的形貌和結(jié)構(gòu)等情況進行表征。采用多種電化學(xué)測試手段研究材料的電化學(xué)性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。主要研究工作包括以下幾個方面:
　　(1)以明膠為碳源、尿素為氮源和模板，通過“原位”摻氮法合成氮摻雜介孔碳納米纖維(N-m-CNFs)。研究了尿素的模板作用、摻入量以及煅燒溫度對材料形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。利用三電極體系，1

3、 M H2SO4作為電解液，測試不同氮摻雜量及碳化溫度下碳纖維的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，尿素摻入后，碳材料呈纖維狀，氮含量高達14.632 wt％。在1Ag-1的電流密度下，碳纖維的比電容值可達到230.9 F g-1，遠大于不摻氮的碳材料（86.9 F g-1），且具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(2)以明膠為碳源和氮源、SiO2為模板，通過模板法得到孔徑均一的氮摻雜多孔碳片層材料(N-p-CSs)。通過加入不同粒徑SiO2，調(diào)控制備

4、不同孔徑和比表面積的多孔碳片層材料，研究不同煅燒溫度對所合成碳材料形貌、結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，相對于無孔碳材料，不同粒徑SiO2所制備的碳材料比電容明顯增大。其中，20 nm SiO2作為模板制備得到的碳材料，比電容值在電流密度為1 Ag-1時達到252.3 F g-1。
　　(3)以上述制備的多孔碳片層材料為基材，利用水熱法在碳材料表面負載DMQ，制備DMQ@N-p-CSs復(fù)合材料。探討了DMQ負載量對所合成碳材料