【摘要】：氮摻雜多孔碳材料現(xiàn)已成為碳材料領域的研究熱點之一,氮摻雜進入碳基體后可形成吡啶-氮、吡咯-氮、石墨-氮和吡啶氧化物等含氮官能團,可以調(diào)節(jié)碳材料的表面化學活性,提升材料的導電性及電化學性能。氮摻雜多孔碳材料用作超級電容器電極材料還可以產(chǎn)生贗電容,并提高電極的浸潤性,使材料的比電容及倍率性能得到大幅度提高。本論文分別以廉價的檸檬酸銨以及檸檬酸單銨/聚N-(2-氨基乙基)甲基丙烯酰胺(PAEMA)混合物為前驅(qū)體,制備了兩種氮摻雜多孔碳材料,并研究了它們用作超級電容器電極材料的電化學性能。主要研究工作包括以下兩方面:(1)檸檬酸銨基氮摻雜多孔碳材料的制備及其電容性能研究。采用檸檬酸銨為單一前驅(qū)體,采用熱解活化法制備得到氮摻雜多孔碳材料(ACAs)。在最佳條件下(熱解溫度600°C,KOH/熱解產(chǎn)物質(zhì)量比2:1,活化溫度800°C)制備的氮摻雜多孔碳材料(ACA-6-2-8)具有明顯的層狀結構,同時還具有很高的比表面積(2660 m2g~(-1))和總孔容(1.40 cm3g~(-1))以及較高的氮含量(1.37 at.%N)。ACA-6-2-8電極在6 M KOH電解液中具有較高的比電容以及優(yōu)異的倍率性能,在電流密度為1 A g~(-1),其比電容為368 F g~(-1);當電流密度達到100 A g~(-1)時,其比電容仍為296 F g~(-1),電容保持率高達80.4%。采用1 M Na2SO4溶液為電解質(zhì),將ACA-6-2-8電極組裝成對稱超級電容器。發(fā)現(xiàn)在功率密度為923 W kg 1時,其能量密度達到25.5 Wh kg~(-1),在2 A g~(-1)的電流密度下循環(huán)10000次后,其比電容僅下降了約4%,表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)聚合物基氮摻雜多孔碳材料的制備及其電容性能研究。以檸檬酸單銨和聚N-(2-氨基乙基)甲基丙烯酰胺(PAEMA)混合物為前驅(qū)體,在BaCO3存在下經(jīng)熱解直接制備了氮摻雜多孔碳材料(APC-800-2)。材料的比表面積為690 cm2g 1,總孔容為0.53 cm3 g 1,表面氮含量為5.07 at.%。APC-800-2電極在0.5 A g 1電流密度下,質(zhì)量電容為207 F g 1,還具有與質(zhì)量電容相當?shù)捏w積電容(201 F cm 3)。在2 A g 1電流密度下,經(jīng)過10000次充放電循環(huán)后,電容保持率高達95%,循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)良。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM53

【參考文獻】

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1 Jing-Jing Xu;Chun-Hui Xiao;Shu-Jiang Ding;;Red-blood-cell like nitrogen-doped carbons with highly catalytic activity towards oxygen reduction reaction[J];Chinese Chemical Letters;2017年04期

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本文編號：2562336