電化學電容器,也稱超級電容器,具有快速充放電、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、功率密度高等優(yōu)點。電極材料是提高超級電容器性能的關鍵因素之一,開發(fā)導電性好、比表面積大以及電化學活性高的新型納米復合材料是超級電容器電極材料研究的重要的方向。純碳基電極材料導電性能良好,機械強度大,化學穩(wěn)定性好,然而本身不具備氧化還原活性,僅依賴雙電層電容進行電荷存儲;過渡金屬氧化物作為超級電容器的電極材料,自身具有良好的氧化還原活性,然而導電性差,且在充放電過程中易發(fā)生體積的膨脹與收縮,影響其電化學穩(wěn)定性。為了克服上述不足,本文將過渡金屬氧化物與部分石墨化碳材料相結合,以期制備出能充分發(fā)揮兩種材料協(xié)同效應的部分石墨化碳/過渡金屬氧化物復合納米材料。本文采用甲殼胺作為碳源前體并作為結構導向劑引導類水滑石的生長,制備甲殼胺/類水滑石（CTS/LDHs）復合材料,經高溫煅燒后甲殼胺可轉化為部分石墨化碳,氮原子的原位摻雜對碳材料進行表面改性,增強了其表面潤濕性能,還可以在碳材料表面生成更多的空位和缺陷,為氧化還原反應提供更多的活性位點。類水滑石經惰性氣氛煅燒轉化為金屬單質,高溫條件下,金屬單質可充分發(fā)揮對碳材料的催化石... 

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 超級電容器
        1.1.1 超級電容器簡介
        1.1.2 超級電容器分類
        1.1.3 超級電容器結構
        1.1.4 超級電容器電極工作原理
            1.1.4.1 雙電層超級電容器工作原理
            1.1.4.2 贗電容器工作原理
        1.1.5 超級電容器的電極材料和電解質
            1.1.5.1 雙電層電容器電極材料
            1.1.5.2 贗電容器電極材料
            1.1.5.3 電解質
    1.2 類水滑石
        1.2.1 類水滑石簡介
        1.2.2 LDHs常用合成方法
            1.2.2.1 共沉淀法
            1.2.2.2 水熱法
            1.2.2.3 離子交換法
            1.2.2.4 焙燒還原法
            1.2.2.5 溶膠一凝膠法
    1.3 碳/LDHs或LDOs復合材料
    1.4 甲殼胺及氮摻雜碳
        1.4.1 甲殼胺簡介
        1.4.2 氮摻雜碳電極材料
            1.4.2.1 氮摻雜對碳材料物理、化學性質的影響
            1.4.2.2 氮在碳材料中的基本存在形式
            1.4.2.3Ｎ摻雜對碳材料電化學性能的影響
    1.5 電化學性能測試方法
        1.5.1 循環(huán)伏安法（CV）
        1.5.2 恒電流充放電
    1.6 選題目的和意義
第二章 共沉淀法制備LDHs及其煅燒產物性能研究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗原料、試劑與儀器
            2.2.1.1 實驗原料與試劑
            2.2.1.2 實驗儀器
        2.2.2 復合材料制備
        2.2.3 部分石墨化碳/過渡金屬氧化物(PGC/TMOs)納米復合物制備
        2.2.4 結構與形貌表征
        2.2.5 電極的制作
        2.2.6 電化學性能測試
    2.3 結果與討論
        2.3.1 XRD
        2.3.2 拉曼光譜與高分辨透射電鏡（HRTEM）表征
        2.3.3 比表面積與孔徑分布
        2.3.4 SEM形貌觀測與元素分析
    2.4 電化學性能表征
        2.4.1 循環(huán)伏安曲線
        2.4.2 恒電流充放電(galvanostatic charge discharge, GCD)
        2.4.3 倍率特性與循環(huán)穩(wěn)定性
    2.5 小結
第三章 溶劑蒸發(fā)法制備CTS/MN-NO_3膜及其煅燒產物性能測定
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗原料、試劑及儀器
            3.2.1.1 實驗原料與試劑
            3.2.1.2 實驗儀器
        3.2.2 甲殼胺/硝酸鹽復合膜制備
        3.2.3 部分石墨化碳/過渡金屬氧化物N-PGC/TMOs納米復合物制備
        3.2.4 納米復合物電極制作
        3.2.5 結構與形貌表征
        3.2.6 電化學性能測試
    3.3 結果與討論
        3.3.1 XRD
        3.3.2 拉曼光譜
        3.3.3 比表面積與孔徑分布
        3.3.4 SEM形貌觀測與元素分析
    3.4 電化學性能表征
        3.4.1 循環(huán)伏安曲線
        3.4.2 恒電流充放電
        3.4.3 倍率特性與循環(huán)穩(wěn)定性
    3.5 小結
第四章 冷凍干燥法制備三維結構甲殼胺/雙金屬硝酸鹽復合物（3D-CTS/MN-NO_3）及其煅燒產物性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗原料、試劑及儀器
            4.2.1.1 實驗原料與試劑
            4.2.1.2 實驗儀器
        4.2.2 甲殼胺/硝酸鹽復合三維結構復合材料制備
        4.2.3 部分石墨化碳/過渡金屬氧化物N-PGC/TMOs納米復合物制備
        4.2.4 納米復合物電極制作
        4.2.5 結構與形貌表征
        4.2.6 電化學性能測試
    4.3 結果與討論
        4.3.1 XRD
        4.3.2 拉曼光譜
        4.3.3 比表面積與孔徑分布
        4.3.4 SEM形貌觀測與元素分析
    4.4 電化學性能表征
        4.4.1 循環(huán)伏安曲線
        4.4.2 恒電流充放電
        4.4.3 倍率特性與循環(huán)穩(wěn)定性
    4.5 小結
結論
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間已發(fā)表或待發(fā)表的論文目錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于碳材料的超級電容器電極材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,趙慎龍,郝昌龍,陸晨光,朱以華,唐智勇.  物理化學學報. 2017(01)
[2]類石墨烯碳材料的制備及其電容性能研究[J]. 蘇善金,來慶學,梁彥瑜.  化學學報. 2015(07)
[3]氫氧化鎳納米線/三維石墨烯復合材料的制備及其電化學性能[J]. 陳陽,張梓瀾,隋志軍,劉芝婷,周靜紅,周興貴.  物理化學學報. 2015(06)
[4]氮硫雙摻雜活性炭材料的制備和電容性能(英文)[J]. 李朝輝,李仕蛟,周晉,朱婷婷,沈紅龍,禚淑萍.  物理化學學報. 2015(04)
[5]有機污染物和碳納米顆粒:吸附機理及影響因素（英文）[J]. Hong-bo PENG,Di ZHANG,Hao LI,Chi WANG,Bo PAN.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2014(08)
[6]拉曼光譜在石墨烯結構表征中的應用[J]. 吳娟霞,徐華,張錦.  化學學報. 2014(03)
[7]導電聚合物基超級電容器電極材料研究進展[J]. 馮輝霞,王濱,譚琳,雒和明,張德懿.  化工進展. 2014(03)
[8]Metal oxide and hydroxide nanoarrays: Hydrothermal synthesis and applications as supercapacitors and nanocatalysts[J]. Qiu Yang,Zhiyi Lu,Junfeng Liu,Xiaodong Lei,Zheng Chang,Liang Luo,Xiaoming Sun.  Progress in Natural Science:Materials International. 2013(04)
[9]3D石墨烯/鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物的制備及超級電容性能[J]. 嚴琳,孔惠,李在均.  化學學報. 2013(05)
[10]NiO/CNTs的制備及其電化學電容行為研究[J]. 賈巍,徐茂文,雷超,包淑娟,賈殿贈.  化學學報. 2011(15)



本文編號：3688156