發(fā)布時(shí)間：2018-01-06 18:25

  本文關(guān)鍵詞：ZIF-基多孔碳的制備及其超電容性能研究　出處：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：以金屬有機(jī)骨架材料為前驅(qū)體制備的多孔碳材料,特別是以ZIF-8為前驅(qū)體制備的氮摻雜多孔碳在超級(jí)電容器中具有廣泛的應(yīng)用。目前直接碳化ZIF-8制備的多孔碳材料還存在著孔徑結(jié)構(gòu)單一,微孔利用率低,石墨化程度不高等缺點(diǎn),這些缺點(diǎn)限制了碳材料比電容和倍率性能的進(jìn)一步提升。本文嘗試采用微波快速加熱的方法碳化ZIF-8制備多孔碳材料,通過掃描電鏡、X射線衍射儀、拉曼光譜儀、X射線光電子能譜儀、N2等溫吸附-脫附測(cè)試和電化學(xué)工作站等多種測(cè)試手段對(duì)碳材料的結(jié)構(gòu)和電容性能進(jìn)行了充分研究。另外,由于Co具有提高碳材料的石墨化程度的作用,本文還合成了梯度Co摻雜的ZIF-8,并以其作為前驅(qū)體高溫碳化后制備了系列多孔碳材料,探究了Co摻雜對(duì)制備的多孔碳材料電容性能的影響。采用微波快速加熱的方法碳化ZIF-8制備了一系列氮摻雜多孔碳材料,研究了碳化溫度和ZIF-8粒徑對(duì)碳材料結(jié)構(gòu)和電容性能的影響,結(jié)果表明:當(dāng)碳化溫度超過800℃時(shí),碳材料具有較高的石墨化度并且會(huì)形成材料本體鏈接的介孔和大孔孔道結(jié)構(gòu),ZIF-8在1000℃下碳化制備的多孔碳Carbon-M-1000具有豐富的介孔和大孔孔道結(jié)構(gòu)。而隨ZIF-8粒徑增加,發(fā)現(xiàn)碳材料本體鏈接的程度先增后減,大粒徑的碳顆粒難以鏈接形成介孔和大孔結(jié)構(gòu),100nm的ZIF-8碳化制備的碳材料Carbon-M-100nm的本體鏈接程度最好。因此,Carbon-M-1000(即Carbon-M-100nm)在電流密度為0.1A/g時(shí)表現(xiàn)出了最大的比電容為207.7F/g,并且在電流密度為10A/g時(shí)其比電容值為初始比電容的66.5%,倍率性能最好。采用管式爐加熱方式在1000℃條件下碳化ZIF-8制備了Carbon-T-1000碳材料,通過對(duì)比Carbon-M-1000,發(fā)現(xiàn)Carbon-T-1000具有更大的比表面積和孔體積,但Carbon-M-1000的石墨化度和氮含量更高,并且Carbon-M-1000能形成材料本體鏈接的介孔和大孔孔道結(jié)構(gòu),而Carbon-T-1000主要由微孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這促使Carbon-M-1000具有更佳的倍率性能,其在電流密度為10A/g時(shí)的比電容保持率達(dá)到66.5%,高于Carbon-T-1000的60.3%。通過Co摻雜ZIF-8設(shè)計(jì)并合成了Co~(2+)/Zn~(2+)摩爾比梯度增加的ZIFs晶體,將其高溫碳化后制備了系列氮摻雜多孔碳材料,研究了Co~(2+)/Zn~(2+)摩爾比對(duì)碳材料結(jié)構(gòu)和電容性能的影響,結(jié)果表明:隨Co~(2+)/Zn~(2+)摩爾比增加,碳材料的石墨化度逐漸提高,介孔結(jié)構(gòu)逐漸增多,但比表面積逐漸降低,而氮元素含量先增后減。Co~(2+)/Zn~(2+)摩爾比為0.2的ZIF-8碳化制備的Carbon-Z-0.2比電容值最高,在電流密度為0.1A/g時(shí)其比電容值達(dá)到313.6F/g,并且在電流密度為10A/g時(shí)的比電容值為192.9F/g,電容保持率為61.5%。
[Abstract]:Carbon - M - 1000 ( carbon - M - 1000 ) is prepared by carbonization ZIF - 8 at 1000 鈩，

本文編號(hào)：1388970