采用模板聚合同步活化法可控制備了氮/氧共摻雜的多孔碳納米帶（PCNR）材料。通過SEM,TEM,FTIR,Raman,XRD,BET和XPS對PCNR的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,結(jié)果表明:PCNR呈三維連通的帶狀結(jié)構(gòu),碳納米帶表面呈多孔狀;800℃活化制備的PCNR800樣品比表面積為2342 m²/g、氮含量為10.75%,氧含量為13.90%。PCNR800為電極活性物質(zhì)組裝的超級電容器,其具有優(yōu)異的儲(chǔ)能特性。在電流密度為1.0 A/g時(shí),比電容為58.8 F/g;在功率密度為1.5 kW/kg時(shí),能量密度為73.3 Wh/kg;5000次恒流充放電循環(huán)后,比電容為初始比電容的96.5%,庫侖效率保持99%以上。 

【文章來源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

PCNR800樣品的TEM圖片

采用氧化聚合模板組裝法制備了PPy前驅(qū)體,圖1(a)為PPy前驅(qū)體的SEM圖片。在CTAB模板的作用下,PPy沿著模板原位聚合生長。得到的PPy前驅(qū)體呈橢圓形片狀結(jié)構(gòu)。如圖1(b)所示,PPy前驅(qū)體結(jié)構(gòu)中的CTAB經(jīng)過高溫處理后脫出,原有的橢圓片狀結(jié)構(gòu)被徹底破壞,得到的碳材料呈相互連通的帶狀結(jié)構(gòu)。由圖1(c)可知,碳納米帶的厚度為20～40 nm,寬度為50～200 nm。作為超級電容器電極材料,PCNR這種獨(dú)特的三維空間結(jié)構(gòu)可以使電子沿納米帶定向傳輸,有利于電荷的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移。圖2為PCNR700,PCNR800,PCNR900和CNR800樣品的XRD和Raman譜圖。如圖2(a)所示,PCNR樣品的XRD譜圖在2θ=25°處出現(xiàn)一個(gè)衍射峰,對應(yīng)于石墨化碳的(002)晶面衍射峰[22]。隨著活化溫度的升高,該衍射峰變強(qiáng),結(jié)晶度略有升高[25]。但由于碳納米帶是以PPy為前驅(qū)體制備的,導(dǎo)致樣品的結(jié)晶度較低,以無定形狀態(tài)為主。在圖2(b)中,PCNR樣品Raman譜圖在1357 cm-1和1592 cm-1出現(xiàn)了兩個(gè)特征峰,分別歸屬于非石墨化晶體的不規(guī)則散射峰的D峰和由于2D六方晶體中sp2碳原子的振動(dòng)產(chǎn)生的G峰。這兩個(gè)峰的相對強(qiáng)度比(IG/ID)可以反映出材料的結(jié)晶程度[26]。PCNR700,PCNR800和PCNR900樣品的IG/ID分別為1.27,1.40和1.49。該結(jié)果表明PCNR樣品中含有較多的缺陷,石墨化程度較低。隨著活化溫度的升高,IG/ID增加,結(jié)晶度升高,這與XRD分析結(jié)果一致。

表2 PCNR700,PCNR800和PCNR900的元素含量Table 2 Elemental composition of PCNR700, PCNR800 and PCNR900 Sample Atom fraction/% C O N PCNR700 73.45 14.83 11.72 PCNR800 75.35 13.90 10.75 PCNR900 80.70 12.27 7.032.2 超級電容器性能測試

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3519405