本文關(guān)鍵詞：氮摻雜碳材料的制備及其電容性能的研究

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【摘要】：超級電容器是一種新型儲能裝置,因其具有高功率密度、長循環(huán)壽命、寬溫度適應(yīng)范圍以及快充放電速率等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)今能源領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。電極材料在超級電容器中扮演著重要角色,其結(jié)構(gòu)和組成很大程度上影響超級電容器的整體性能和應(yīng)用領(lǐng)域。碳材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)和電子性質(zhì),以它為基礎(chǔ)作為電極材料的研究具有廣闊的應(yīng)用前景,高比表面積、適宜的孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)、良好的導(dǎo)電性及高性價(jià)比是考評碳材料作為優(yōu)異的電化學(xué)電容器電極材料的主要指標(biāo)。研究表明氮原子摻雜碳材料能有效提高碳材料的潤濕性、電導(dǎo)性以及電容性能。本論文以提高碳材料的電化學(xué)性能著手,合成出一系列不同形貌的氮摻雜碳材料。利用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)研究了產(chǎn)物的形貌,X射線衍射(XRD)和氮?dú)獾葴匚矫摳角�(BET)分別對材料的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用X射線光電子能譜(XPS)和元素分析(EA)、紅外光譜(IR)等表征手段對材料表面化學(xué)性質(zhì)以及元素組成進(jìn)行分析。用循環(huán)伏安(CV)掃描、恒流充放電(GCD)、電化學(xué)交流阻抗(EIS)等電化學(xué)測試技術(shù)研究了產(chǎn)物的電容性能。主要包括以下內(nèi)容:(1)以聚吡咯為氮源和碳源,三氯化鐵作為氧化劑和碳催化劑,通過氧化聚合和催化碳化的方法制備了三維的氮摻雜碳材料。在合成過程中,三氯化鐵作為氧化劑,用于氧化聚合吡咯單體。同時(shí),三氯化鐵也作為碳催化劑,促進(jìn)氮摻雜碳材料的形成。當(dāng)吡咯和三氯化鐵的摩爾比改變時(shí),其氮摻雜碳材料的孔徑和比表面積也發(fā)生改變。(2)分別以尿素、氨水、三聚氰胺、三乙醇胺、三乙烯四乙胺、乙二胺為氮源,以氧化石墨烯為碳源,通過簡單水熱合成法制備了氮摻雜石墨烯,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫煅燒。研究結(jié)果表明以三聚氰胺為氮源制備的氮摻雜石墨烯具有相對較高的含氮量、較大的比表面積以及較高的比電容。(3)以三聚氰胺為氮源,甲醛作為交聯(lián)劑,三嵌段共聚物F127為軟模板,氫氧化鉀為活化劑通過控制合成方法制備出蜂窩狀氮摻雜碳材料。BET表征結(jié)果表明該蜂窩狀氮摻雜碳材料具有較高的比表面積高達(dá)2094.28 m2 g-1。電化學(xué)測試結(jié)果表明,氮原子的摻入能夠在很大程度上提高了蜂窩狀氮摻雜碳材料的電化學(xué)活性,當(dāng)該電極材料電流密度為0.5 A g-1時(shí),它的比電容高達(dá)409 F g-1,當(dāng)電流密度由0.5 A g-1增加到20 A g-1時(shí)其比電容為320 F g-1,其保持率高達(dá)78.3%,表明該蜂窩狀氮摻雜碳材料具有優(yōu)秀的速率性能。同時(shí),該材料也擁有一個(gè)好的循環(huán)穩(wěn)定性(10000圈后具98%的保持率)。研究結(jié)果表明該蜂窩狀氮摻雜碳材料是一種極具應(yīng)用價(jià)值的電極材料�？v觀全文,采用不同的有機(jī)分子作為氮源和碳源,針對性地設(shè)計(jì)反應(yīng)路線,實(shí)現(xiàn)了新型氮摻雜碳納米材料組成、結(jié)構(gòu)的調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了其超級電容器電容性能的提高。
【關(guān)鍵詞】：氮摻雜碳材料 表面組成 結(jié)構(gòu)特性 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 超級電容器簡介12-20
• 1.2.1 超級電容器的分類12-15
• 1.2.2 超級電容器的組成15-19
• 1.2.3 超級電容器的優(yōu)勢、特點(diǎn)、性能評價(jià)19-20
• 1.3 氮摻雜碳材料20-25
• 1.3.1 氮摻雜碳材料的性質(zhì)20-21
• 1.3.2 氮摻雜碳材料的合成21-22
• 1.3.3 氮摻雜碳材料的應(yīng)用22-25
• 1.4 論文的選題及研究意義25-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器28-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品28-29
• 2.2 儀器及設(shè)備29-30
• 2.3 結(jié)構(gòu)與性能表征30-32
• 第三章 層狀結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳材料用于超級電容器32-46
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-35
• 3.2.1 3D N-CNs的制備33-34
• 3.2.2 電極的制備34-35
• 3.3 結(jié)果與討論35-44
• 3.3.1 N-CNs的形貌與結(jié)構(gòu)35-41
• 3.3.2 N-CNs的電化學(xué)行為41-44
• 3.4 結(jié)論44-46
• 第四章 不同氮源制備氮摻雜石墨烯及其電容性能的研究46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-49
• 4.2.1 氧化石墨的制備47
• 4.2.2 石墨烯的制備：47-48
• 4.2.3 氮摻雜石墨烯的制備48
• 4.2.4 電極的制備48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-57
• 4.3.1 氮摻雜石墨烯的形貌與結(jié)構(gòu)49-54
• 4.3.2 氮摻雜石墨烯的電化學(xué)行為54-57
• 4.4 結(jié)論57-58
• 第五章 蜂窩狀氮摻雜碳材料的制備及其電容性能的研究58-72
• 5.1 引言58-59
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分59-61
• 5.2.1 制備59-60
• 5.2.2 電極的制備60-61
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論61-71
• 5.3.1 產(chǎn)物的形貌與結(jié)構(gòu)61-67
• 5.3.2 NHPC和NPC的電化學(xué)行為67-71
• 5.4 結(jié)論71-72
• 第六章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 論文結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)72-73
• 6.2 論文存在的問題及課題展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況88-89
• 致謝89

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1 李越;郝曉剛;王忠德;張忠林;梁鎮(zhèn)海;劉世斌;;單極脈沖電合成聚苯胺膜及其超級電容性能[J];化工學(xué)報(bào);2010年S1期

2 韓丹丹;陳野;張密林;舒暢;張春霞;徐鵬程;;摻釔納米NiO的制備及其超大電容性能研究[J];電化學(xué);2006年03期

3 陳野;韓丹丹;張密林;葛鑫;;摻鑭納米NiO的制備及超大電容性能研究[J];中國稀土學(xué)報(bào);2006年06期

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6 尚秀麗;索隴寧;馮文成;吳海霞;胡中愛;;聚苯胺/聚砜復(fù)合材料的制備及其超級電容性能[J];應(yīng)用化學(xué);2013年09期

7 陳野;舒暢;張春霞;葛鑫;張密林;;氧化鎳的合成及其超級電容性能[J];應(yīng)用化學(xué);2007年08期

8 廖書田;鄭明波;高靜賢;曹謇;楊振江;陳惠欽;曹潔明;陶杰;;一步法合成具有二級孔道的有序介孔碳材料及其超電容性能研究[J];化工新型材料;2009年04期

9 王永文;鄭明波;曹謇;曹潔明;姬廣斌;陶杰;;介孔碳納米纖維制備與超電容性能研究[J];電化學(xué);2010年02期

10 田穎;閻景旺;薛榮;衣寶廉;;電解質(zhì)濃度和溫度對活性炭電容性能的影響(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

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1 孫紅梅;彭亮波;文萃;陳紅雨;舒東;;水鈉錳礦的制備及超級電容性能研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

2 孫紅梅;孫振杰;陳紅雨;舒東;;水鈉錳礦的制備及超級電容性能研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2010年

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4 張雅琨;陳亮;李建玲;王新東;葉鋒;楊軍;;不同電解液對聚苯胺電容性能的影響[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2012年

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8 李慶偉;李園園;張經(jīng)緯;霍開富;;多級孔泡沫碳材料的制備和電容性能[A];第一屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集[C];2014年

9 楊曉青;閆方玉;吳丁財(cái);符若文;;有序炭的氨氣改性及其超電容性能研究[A];第22屆炭—石墨材料學(xué)術(shù)會論文集[C];2010年

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1 萬鵬;鉭電容，追求極致性能的選擇[N];電腦報(bào);2008年

2 陜西 張思遠(yuǎn);看電容，，“挑”主板[N];電腦報(bào);2004年

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1 朱君秋;含鋯（鉿）活性氧化物的電容性能及其與結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究[D];福州大學(xué);2013年

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9 叢文博;聚苯胺及其復(fù)合材料電容性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

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1 王曉慧;碳納米管和石墨烯負(fù)載二氧化釕復(fù)合電容材料的綠色制備和性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

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3 彭大春;碳/MnO_x三維復(fù)合納米纖維的制備及其電容性能研究[D];蘭州大學(xué);2015年

4 楊歡;氫氧化鈷和復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)及其超級電容性能的研究[D];西南大學(xué);2015年

5 李劍楠;碳/錳氧化合物復(fù)合材料的制備及電性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 王體龍;石墨烯/鈷酸鎳復(fù)合材料的制備及其電容性能研究[D];西南科技大學(xué);2015年

7 王濤;微米碳螺旋纖維功能材料的制備及其電學(xué)特性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

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