本文關(guān)鍵詞：聚天冬氨酸基氮摻雜碳材料的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超級(jí)電容器作為一種獨(dú)特的電能存儲(chǔ)設(shè)備,由于其具有高的功率密度,快速充放電,循環(huán)壽命長,對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn),近年來被人們廣泛關(guān)注。超級(jí)電容器的電化學(xué)性能受電極材料的影響較大,因此尋找高性能的電極材料一直是研究的熱點(diǎn)。碳材料是研究最早且應(yīng)用范圍最廣的電極材料。據(jù)報(bào)道,摻氮是增加碳材料表面濕潤性,提高電導(dǎo)率,提高電容性能最有前景的方法。因此,應(yīng)用一種環(huán)境友好,價(jià)格低廉,含氮量高的前驅(qū)體,用簡(jiǎn)單的方法制備氮摻雜的碳材料是非常有意義的。本論文以聚天冬氨酸為原料,采用直接碳化制備氮摻雜的碳材料,研究了溫度對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)及電容性能的影響;用氯化鋅活化制備了多孔碳材料,研究了活化劑的用量對(duì)形貌結(jié)構(gòu)及電容性能的影響;用Ca(OH)2和NH4Cl混合物一步活化摻氮,制備了具有褶皺形貌的氮摻雜碳材料,氮含量高達(dá)13.8%,對(duì)所有制備的材料進(jìn)行了形貌、結(jié)構(gòu)的表征,并考察了它們的電容性能。主要研究的內(nèi)容和所得結(jié)果如下:1、以聚天冬氨酸為原料,采用直接碳化法制備氮摻雜的多孔碳材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制備的碳材料的BET面積受溫度的影響較大,隨著碳化溫度從500 oC增到800 oC,所制備的碳樣的比表面積從255 m2 g-1增加到1865 m2 g-1,與PASP500相比,PASP700的比表面積增加到420.0%,總的孔體積增加到381.3%,而PASP800的比表面積增加到731.4%,總的孔體積增加到725.0%。然而它的N含量從8.51%下降到3.83%。PASP700電極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,在1 A g-1的電流密度下,比電容可以達(dá)到161 F g-1,經(jīng)過5000次的充/放電循環(huán),比電容仍然保留原來的97%,這說明PASP700電極材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。2、以聚天冬氨酸為原料,采用氯化鋅活化法在700oC下制備了氮摻雜的N-APCs材料,考察了氯化鋅和聚天冬氨酸比例對(duì)材料的影響。結(jié)果表明,N-APCs的形貌和結(jié)構(gòu)主要依賴于活性劑的添加量。N-APCs具有大量的微孔,大的比表面積(高達(dá)1814 m2 g-1)和高的氮含量。在氯化鋅和聚天冬氨酸比例為2:1下制備的活性炭具有最優(yōu)的電化學(xué)性能,在0.5 A g-1的電流密度下比電容高達(dá)265 F g-1。在5 A g-1的電流密度下其經(jīng)過5000次的充/放電循環(huán),電容保持率仍然高達(dá)93%。它的優(yōu)異性能歸功于高的比表面積以及最佳的微孔和中孔體積。3、以聚天冬氨酸作為碳源,Ca(OH)2和NH4Cl混合物作為氮源和活化劑,一步法活化摻氮,成功制備了具有褶皺形貌的多孔氮摻雜碳材料,氮含量高達(dá)13.8%。N-PASP800電極材料在電流密度為0.5 A g-1時(shí)比電容高達(dá)231 F g-1,當(dāng)電流密度高達(dá)20 A g-1時(shí),比電容仍然保持有170.2 F g-1,在10 A g-1的電流密度下其經(jīng)過5000次的充/放電循環(huán),電容保持率仍然高達(dá)99%,展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 碳材料 氮摻雜 聚天冬氨酸
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM53;TQ127.11
【目錄】：

• 西北師范大學(xué)研究生學(xué)位論文作者信息5-9
• 中文摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 引言13
• 1.2 超級(jí)電容器的概述13-19
• 1.2.1 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.2 超級(jí)電容器的分類15
• 1.2.3 超級(jí)電容器的工作機(jī)理15-17
• 1.2.3.1 雙電層電容器16-17
• 1.2.3.2 贗電容器17
• 1.2.4 超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)17-19
• 1.3 碳材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用19-27
• 1.3.1 制備碳材料的原料19-21
• 1.3.2 用于超級(jí)電容器的碳材料的分類21-26
• 1.3.2.1 活性炭21-22
• 1.3.2.2 碳納米管（CNTs）22-23
• 1.3.2.3 納米碳洋蔥23-25
• 1.3.2.4 石墨烯25-26
• 1.3.3 氮摻雜的碳材料26-27
• 1.4 本論文的選題依據(jù)、研究思路和主要內(nèi)容27-29
• 參考文獻(xiàn)29-33
• 第二章 直接碳化法制備氮摻雜的多孔碳材料及其電容性能研究33-49
• 2.1 引言33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分33-36
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器33-34
• 2.2.2 氮摻雜多孔碳的制備34
• 2.2.3 電極材料的表征34-35
• 2.2.3.1 掃描電鏡形貌表征35
• 2.2.3.2 X射線衍射(XRD)表征35
• 2.2.3.3 氮?dú)馕摳奖缺砻娣e(BET)分析35
• 2.2.3.4 元素分析表征35
• 2.2.3.5 拉曼光譜(Raman)分析35
• 2.2.4 電化學(xué)性能測(cè)試35-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-46
• 2.3.1 材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析36-40
• 2.3.1.1 材料的SEM分析36-37
• 2.3.1.2 材料的XRD分析37-38
• 2.3.1.3 材料的Raman分析38-39
• 2.3.1.4 材料的氮?dú)馕摳奖缺砻娣e(BET)和元素含量分析39-40
• 2.3.2 樣品的電化學(xué)性能分析40-46
• 2.4 小結(jié)46-47
• 參考文獻(xiàn)47-49
• 第三章 氯化鋅活化法制備聚天冬氨酸基氮摻雜活性炭在超級(jí)電容器中的應(yīng)用49-63
• 3.1 引言49-50
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分50-52
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器50
• 3.2.2 N-APCs電極材料的制備50-51
• 3.2.3 N-APCs電極材料的表征51
• 3.2.3.1 掃描電鏡形貌表征51
• 3.2.3.2 X射線衍射(XRD)表征51
• 3.2.3.3 氮?dú)馕摳奖缺砻娣e(BET)分析51
• 3.2.3.4 元素分析表征51
• 3.2.3.5 拉曼光譜(Raman)分析51
• 3.2.4 N-APCs電化學(xué)性能測(cè)試51-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-60
• 3.3.1 N-APCs材料的制備過程示意圖52
• 3.3.2 N-APCs材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析52-55
• 3.3.2.1 N-APCs材料的SEM分析52-53
• 3.3.2.2 N-APCs材料的氮?dú)馕摳奖缺砻娣e(BET)和元素含量分析53-54
• 3.3.2.3 N-APCs材料的XRD和Raman分析54-55
• 3.3.3 聚天冬氨酸基活性炭的電化學(xué)性能分析55-60
• 3.4 小結(jié)60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 第四章 一步活化摻氮法制備聚天冬氨酸基碳材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用63-78
• 4.1 引言63-64
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分64-66
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器64
• 4.2.2 氮摻雜的褶皺多孔碳的制備64-65
• 4.2.3 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的表征65
• 4.2.3.1 掃描電鏡形貌表征65
• 4.2.3.2 X射線衍射(XRD)表征65
• 4.2.3.3 氮?dú)馕摳奖缺砻娣e(BET)分析65
• 4.2.3.4 元素分析表征65
• 4.2.3.5 拉曼光譜(Raman)分析65
• 4.2.4 氮摻雜的褶皺多孔碳電化學(xué)性能測(cè)試65-66
• 4.3 結(jié)果與討論66-75
• 4.3.1 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的制備過程示意圖66-67
• 4.3.2 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的形貌與結(jié)構(gòu)分析67-70
• 4.3.2.1 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的SEM分析67
• 4.3.2.2 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的XRD分析67-68
• 4.3.2.3 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的Raman分析68-69
• 4.3.2.4 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的氮?dú)馕摳奖缺砻娣e(BET)和元素含量分析69-70
• 4.3.3 氮摻雜的褶皺多孔碳材料的電化學(xué)性能分析70-75
• 4.4 小結(jié)75-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 碩士期間發(fā)表論文78-79
• 致謝79

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