雜原子摻雜多孔碳材料的制備及電化學(xué)性能研究
發(fā)布時間：2021-09-06 04:15
作為一種新型可再生的能源存儲設(shè)備,超級電容器具有使用壽命長、響應(yīng)速度快、功率密度高、安全性能好、可持續(xù)環(huán)保等優(yōu)勢,其電極材料的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)對整體性能起著至關(guān)重要的作用。多孔碳材料,由于其豐富的可用性,經(jīng)濟(jì)性,環(huán)境友好性而成為電極材料的首選�？紫堵屎碗s原子摻雜是影響其電化學(xué)性能的主要因素。其中,多孔結(jié)構(gòu)能提供電解液離子快速傳輸?shù)耐ǖ?雜原子摻雜可以改善電極材料的極性并提供贗電容。因此,本文探索了三種改性方法對多孔碳材料進(jìn)行雜原子摻雜和孔結(jié)構(gòu)調(diào)控,并考察了其電容行為。具體研究內(nèi)容如下:1. 以富含蛋白質(zhì)的魚骨為碳源和自摻雜氮源,在氮氣氣氛下制備了N摻雜多孔碳材料。魚骨中天然存在的羥基磷酸鈣作為天然模板在產(chǎn)物中引入了大量的介孔和微孔。在750～900℃的溫度范圍內(nèi)對前驅(qū)體進(jìn)行熱解,考察了溫度對產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響。并將其作為超級電容器電極進(jìn)行電化學(xué)性能測試,結(jié)果表明在850℃下獲得的多孔碳材料不僅具有1337 m2 g-1的高比表面積,而且N、O含量分別高達(dá)5.8和7.99 at%。使用H2SO4電...
【文章來源】：山東理工大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖1.1雙電層電容器（EDLC）示意圖
山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3.2實驗部分圖Fig.3.1Schematicdiagramof圖3.1展示了NPC電極材料了三維層狀氮摻雜分級多孔的氮源和碳源，而無機成分征碳骨架中很容易地被消除實驗中使用的魚骨是從當(dāng)?shù)厥称肥袌鲑徺I的和污垢等雜質(zhì)，然后在80℃行碳化，氣體流速為50mL并在此溫度下保持1h，升溫速率為別升至750、800、850和900的固體殘留物樣品分別標(biāo)記為然冷卻至室溫后，用1MHCl然后用蒸餾水清洗直至pH和NPC-900。酸洗過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為Ca10(PO4)6(第三章魚骨衍生的N-自摻雜多孔碳材料電容行為探究153.1魚骨制備氮摻雜多孔碳電極材料的示意圖cdiagramofpreparationofN-dopedporouscarbonelectrodematerial的合成流程。本實驗采用一種簡單的方法從魚骨中制備碳。魚骨的機成分（主要是膠原蛋白和糖蛋白（主要是羥基磷酸鈣）可以通過稀鹽酸（HC，從而產(chǎn)生豐富的微孔。。魚骨首先用去離子水沖洗下干燥24h。在此之后，將魚骨在N2氣氛下的管式爐中進(jìn)Lmin-1，采用如下加熱程序：（1）將爐溫由室溫上升至5℃min-1，以去除魚骨中的水分。再將實驗溫度℃并保持1h，以消除揮發(fā)性有機化合物。然后將完全碳化NPCa-750、NPCa-800、NPCa-850和NPCMHCl浸洗所得碳粉（即“酸洗”工藝），以除去羥基磷酸鈣達(dá)到7。干燥樣品分別標(biāo)記為NPC-750、NPC：OH)2+20HCl→10CaCl2+6H3PO4+2H2OdopedporouscarbonelectrodematerialsfromFishbone）可以作為NPCl）酸洗從其本，除去殘渣200℃分a-900；（2）自（HAP），-800、NPC-850(3.1)
山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3實驗結(jié)果與討論3.3.1材料結(jié)構(gòu)與形貌分析圖3.2（a，b）魚骨，（c的FE-SEM圖像Fig.3.2FE-SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC(h)NPC-850,(i)and(j)NPC圖3.2是通過掃描電鏡和透射電鏡觀察所顯示的從圖3.2a和b中可看出，魚骨自身具有理后仍然繼承了這種多層結(jié)構(gòu)和NPC-850具有相互連接、層狀結(jié)構(gòu)有利于離子從電解質(zhì)擴散電荷儲存提供了豐富的吸附被有效地提高。與前者不同的是這種現(xiàn)象表明900℃的高溫浸洗處理（即酸洗處理）的顆粒存在。相比之下，酸洗后的酸洗處理確實可以使得自模板第三章魚骨衍生的N-自摻雜多孔碳材料電容行為探究16，d）NPC-750，（e，f）NPC-800，（g，h）NPC-850；（k）NPCa-850，（l）NPC-850的TEM圖像SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC-750,(e)and(f)NPCnd(j)NPC-900,(k)TEMimagesofNPCa-850and(l)NPC魚骨和制備的NPCs典型的多層結(jié)構(gòu)。制備的NPCs經(jīng)過高溫碳化處（圖3.2c-j）。與魚骨的致密結(jié)構(gòu)相比，NPC褶皺疊起的分層結(jié)構(gòu)并布滿了大量的中孔和微孔至NPC的內(nèi)部空間，而布于其表面的中孔和微孔位點[80]�；谶@兩個特征，NPCs電極材料的電容性能可以，在NPC-900的表面上觀察到大量碎片（會破壞NPC-900的分層結(jié)構(gòu)。圖3.2k表明，NPCa-850在TEM視野中可以觀察到明顯的羥基磷酸鹽晶體NPC-850則沒有觀察到任何晶體結(jié)構(gòu)（-羥基磷酸鈣從碳骨架中完全去除，并留下豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和（i，j）NPC-900750,(e)and(f)NPC-800,(g)and850and(l)NPC-850的微觀形貌。-750、NPC-800。這種褶皺則為圖3.2i和j），未經(jīng)過1MHCl圖3.2l），說明。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]From interpenetrating polymer networks to hierarchical porous carbons for advanced supercapacitor electrodes[J]. Ling Miao,Xiaoyu Qian,Dazhang Zhu,Ting Chen,Guchuan Ping,Yaokang Lv,Wei Xiong,Yafei Liu,Lihua Gan,Mingxian Liu. Chinese Chemical Letters. 2019(07)
[2]生物質(zhì)衍生碳材料的結(jié)構(gòu)多樣性及其在能量存儲方面的應(yīng)用（英文）[J]. 江麗麗,盛利志,范壯軍. Science China Materials. 2018(02)
本文編號：3386726
【文章來源】：山東理工大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖1.1雙電層電容器（EDLC）示意圖
山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3.2實驗部分圖Fig.3.1Schematicdiagramof圖3.1展示了NPC電極材料了三維層狀氮摻雜分級多孔的氮源和碳源，而無機成分征碳骨架中很容易地被消除實驗中使用的魚骨是從當(dāng)?shù)厥称肥袌鲑徺I的和污垢等雜質(zhì)，然后在80℃行碳化，氣體流速為50mL并在此溫度下保持1h，升溫速率為別升至750、800、850和900的固體殘留物樣品分別標(biāo)記為然冷卻至室溫后，用1MHCl然后用蒸餾水清洗直至pH和NPC-900。酸洗過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為Ca10(PO4)6(第三章魚骨衍生的N-自摻雜多孔碳材料電容行為探究153.1魚骨制備氮摻雜多孔碳電極材料的示意圖cdiagramofpreparationofN-dopedporouscarbonelectrodematerial的合成流程。本實驗采用一種簡單的方法從魚骨中制備碳。魚骨的機成分（主要是膠原蛋白和糖蛋白（主要是羥基磷酸鈣）可以通過稀鹽酸（HC，從而產(chǎn)生豐富的微孔。。魚骨首先用去離子水沖洗下干燥24h。在此之后，將魚骨在N2氣氛下的管式爐中進(jìn)Lmin-1，采用如下加熱程序：（1）將爐溫由室溫上升至5℃min-1，以去除魚骨中的水分。再將實驗溫度℃并保持1h，以消除揮發(fā)性有機化合物。然后將完全碳化NPCa-750、NPCa-800、NPCa-850和NPCMHCl浸洗所得碳粉（即“酸洗”工藝），以除去羥基磷酸鈣達(dá)到7。干燥樣品分別標(biāo)記為NPC-750、NPC：OH)2+20HCl→10CaCl2+6H3PO4+2H2OdopedporouscarbonelectrodematerialsfromFishbone）可以作為NPCl）酸洗從其本，除去殘渣200℃分a-900；（2）自（HAP），-800、NPC-850(3.1)
山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3實驗結(jié)果與討論3.3.1材料結(jié)構(gòu)與形貌分析圖3.2（a，b）魚骨，（c的FE-SEM圖像Fig.3.2FE-SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC(h)NPC-850,(i)and(j)NPC圖3.2是通過掃描電鏡和透射電鏡觀察所顯示的從圖3.2a和b中可看出，魚骨自身具有理后仍然繼承了這種多層結(jié)構(gòu)和NPC-850具有相互連接、層狀結(jié)構(gòu)有利于離子從電解質(zhì)擴散電荷儲存提供了豐富的吸附被有效地提高。與前者不同的是這種現(xiàn)象表明900℃的高溫浸洗處理（即酸洗處理）的顆粒存在。相比之下，酸洗后的酸洗處理確實可以使得自模板第三章魚骨衍生的N-自摻雜多孔碳材料電容行為探究16，d）NPC-750，（e，f）NPC-800，（g，h）NPC-850；（k）NPCa-850，（l）NPC-850的TEM圖像SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC-750,(e)and(f)NPCnd(j)NPC-900,(k)TEMimagesofNPCa-850and(l)NPC魚骨和制備的NPCs典型的多層結(jié)構(gòu)。制備的NPCs經(jīng)過高溫碳化處（圖3.2c-j）。與魚骨的致密結(jié)構(gòu)相比，NPC褶皺疊起的分層結(jié)構(gòu)并布滿了大量的中孔和微孔至NPC的內(nèi)部空間，而布于其表面的中孔和微孔位點[80]�；谶@兩個特征，NPCs電極材料的電容性能可以，在NPC-900的表面上觀察到大量碎片（會破壞NPC-900的分層結(jié)構(gòu)。圖3.2k表明，NPCa-850在TEM視野中可以觀察到明顯的羥基磷酸鹽晶體NPC-850則沒有觀察到任何晶體結(jié)構(gòu)（-羥基磷酸鈣從碳骨架中完全去除，并留下豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和（i，j）NPC-900750,(e)and(f)NPC-800,(g)and850and(l)NPC-850的微觀形貌。-750、NPC-800。這種褶皺則為圖3.2i和j），未經(jīng)過1MHCl圖3.2l），說明。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]From interpenetrating polymer networks to hierarchical porous carbons for advanced supercapacitor electrodes[J]. Ling Miao,Xiaoyu Qian,Dazhang Zhu,Ting Chen,Guchuan Ping,Yaokang Lv,Wei Xiong,Yafei Liu,Lihua Gan,Mingxian Liu. Chinese Chemical Letters. 2019(07)
[2]生物質(zhì)衍生碳材料的結(jié)構(gòu)多樣性及其在能量存儲方面的應(yīng)用（英文）[J]. 江麗麗,盛利志,范壯軍. Science China Materials. 2018(02)
本文編號：3386726
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