在三聚氰胺為氮源、碳酸鉀為活化劑的條件下,由菜籽餅制得了珊瑚狀氮摻雜分級多孔碳（CNPCs）。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜、氮吸脫附等表征手段,研究了三聚氰胺的用量對CNPCs微觀形貌、組成及孔隙結構的影響。結果表明,當三聚氰胺的用量為2 g時,所得CNPC2的比表面積達2050 m2·g-1。以6 mol·L-1KOH為電解液,在0.05 A·g-1的電流密度下,CNPCs的比容可達274 F·g-1;當電流密度為50 A·g-1時,CNPCs的比容為169 F·g-1,顯示了優(yōu)異的倍率性能。經(jīng)過10000次充放電測試后,比容保持率達96%,展現(xiàn)了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。此工作為從生物質大規(guī)模生產(chǎn)高性能儲能用多孔碳材料提供了一種簡單、綠色的方法。 

【文章來源】：化工學報. 2020,71(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

CNPCs的合成過程示意圖

圖4(a)是CNPCs的氮吸脫附等溫線。在相對壓力P/P0<0.01時，所有的等溫曲線呈現(xiàn)明顯的陡增，說明材料中存在大量的微孔[23]。此外，三個樣品的曲線都有滯后環(huán)，說明材料內中孔的存在[24]。在相對壓力P/P0>0.95時，曲線上揚，表明材料中存在大孔[11]。其中，微孔可提供大量的活性位點，增加電荷存儲的有效表面積；中孔可縮短離子傳輸距離，有利于雙電層的形成；大孔則可充當容器儲存大量的電解液[25]。圖4(b)為CNPCs的孔徑分布。從圖中可以看出，三個樣品中的孔主要是由孔徑<10 nm的中/微孔和30～70 nm的大孔組成。隨著三聚氰胺用量從1 g增加至3 g，孔徑<4 nm的孔先增加后降低，而孔徑>4 nm的孔增加。這說明合適的三聚氰胺用量有利于中/微孔的形成。但是，過多的三聚氰胺會堵塞碳骨架上的一些中孔和微孔，導致其含量降低。CNPCs樣品的孔結構參數(shù)見表1。從表中可以看出，CNPC2具有最大的SBET和總孔容(Vt)，分別為2050m2·g-1、1.13 cm3·g-1。CNPC3具有最大的平均孔徑(Dap)，達3.29 nm。這主要是因為進一步增加三聚氰胺質量后，加入的固態(tài)的三聚氰胺先起到占位的作用。隨后，隨著溫度的升高，三聚氰胺受熱分解，留下相應的空位和孔道。也就是說，更大的三聚氰胺加入量導致更大的平均孔徑。上述結果說明，通過改變三聚氰胺的用量可以調控CNPCs樣品的孔結構參數(shù)。圖3 CNPC2的TEM圖(a)及CNPC2的高分辨率TEM圖(b)

CNPC2的TEM圖(a)及CNPC2的高分辨率TEM圖(b)


本文編號：3310156