首先采用溶液法在碳布上生長Co-MOF二維納米片,通過高溫退火和刻蝕后得到MOF衍生多孔碳納米片。以Co-MOF衍生的多孔碳納米片/碳布（CNS/CC）作為碳基骨架,采用電化學(xué)沉積法負載高活性氮摻雜石墨烯量子點（N-GQDs）,制備得到分級多孔結(jié)構(gòu)的N-GQD/CNS/CC復(fù)合材料。組裝成自支撐且無粘結(jié)劑的N-GQD/CNS/CC電極,當(dāng)電流密度為1 A·g^-1時,其比電容高達423 F·g^-1。通過儲能機制和電容貢獻機制的研究表明,在碳纖維上原位生長的具有高雙電層電容的CNS和表面負載具有高贗電容的N-GQDs之間相互協(xié)同作用,使得N-GQD/CNS/CC電極具有高電容性能,是一種理想的超級電容器電極材料。電極材料的高導(dǎo)電、分級多孔結(jié)構(gòu)有利于電子的傳輸和電解質(zhì)離子的擴散,具有良好的動力學(xué)性能,能快速充放電和具有優(yōu)異的倍率特性。將電極組裝成對稱型超級電容器,功率密度為250 W·kg^-1時對應(yīng)的能量密度達到7.9 Wh·kg^-1,且經(jīng)過10 000次循環(huán)后電容保持率為91.2%,說明氮摻雜石墨烯量子... 

【文章來源】：無機化學(xué)學(xué)報. 2020年07期 第1298-1308頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

N-GQD/CNS/CC復(fù)合材料的(a)TEM圖與(b)HRTEM圖

圖1a為酸化處理后的碳布的SEM圖。碳布由直徑約為8μm的碳纖維(圖1b)相互交織組成，碳纖維表面呈現(xiàn)光滑形態(tài)。由圖1c～d可清楚看到CoMOF呈納米片狀，均勻垂直地生長在碳布纖維上，形成Co-MOF納米片包覆碳纖維的多孔結(jié)構(gòu)。碳化且經(jīng)過刻蝕處理后得到的CNS/CC形貌如圖1e～f所示，碳化后的材料基本保持了原始的形貌，但是由于Co-MOF的配體經(jīng)過煅燒處理后，納米片與片之間的間距變大，這有助于片層電極材料與電解質(zhì)進行充分接觸并有利于電解質(zhì)的擴散流動。從GQD CNS/CC復(fù)合材料(圖1g～h)可以看出，氮摻雜石墨烯量子點均勻覆蓋在CNS/CC表面，CNS納米片的形貌未發(fā)生明顯變化。納米片與片之間的縫隙有助于CNS/CC碳基骨架與N-GQDs的充分接觸，使量子點能夠更好地沉積在CNSs表面，減小在電沉積過程中N-GQDs的團聚程度。為了檢測N-GQD/CNS CC電極材料元素的組成和分布情況，對復(fù)合材料進行了Mapping元素分析。圖1i是Mapping掃描區(qū)域，對該區(qū)域進行元素映射得到了C、N、O元素分布圖(圖1j～l)，可以看到3種元素均勻地分布在材料表面，充分表明N-GQDs均勻沉積在CNS/CC碳基骨架上。圖2a為N-GQD/CNS/CC復(fù)合材料的TEM圖�？梢郧宄吹剑琋-GQDs沉積在碳納米片的表面，量子點的分布是均勻的，沒有出現(xiàn)大范圍團聚堆積現(xiàn)象，有利于發(fā)揮N-GQDs的高活性作用。通過HR-TEM(圖2b)可以看到，N-GQD/CNS/CC復(fù)合材料中存在2種晶格間距，即碳納米片的晶格間距0.34 nm和N-GQDs的晶格間距0.21 nm，分別對應(yīng)(002)晶面和(100)晶面。進一步證明了N-GQDs成功負載到了MOF衍生的碳納米片層上。

圖2 N-GQD/CNS/CC復(fù)合材料的(a)TEM圖與(b)HRTEM圖圖4(a)N-GQD/CNS/CC復(fù)合材料的XPS總譜圖;(b)C1s、(c)N1s和(d)O1s的高分辨率XPS譜


本文編號：2906064