氧化鋅保護下氮摻雜多孔碳的制備及其聚苯胺復合材料在超級電容器上的應用研究.pdf

1、伴隨著能源需求的多樣化和人們對環(huán)保的重視，新型儲能裝置成為能源研究的重點，作為一種新型的儲電元件，超級電容器的性能介于傳統(tǒng)電池和傳統(tǒng)的電容器之間，即功率密度大于前者，而能量密度大于后者，這使得超級電容器具有傳統(tǒng)電池和傳統(tǒng)電容器所不具備的優(yōu)勢，因此為眾多研究者所關(guān)注。電極材料是決定超級電容器的關(guān)鍵因素，是超級電容器研究的熱點。當前，碳材料和導電高分子材料是兩種常用的制備超級電容器電極材料的物質(zhì)。作為一種導電聚合物，聚苯胺是很優(yōu)異的制備超級

2、電容器的材料，但是由于其充放電過程中容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞而導致循環(huán)穩(wěn)定性差，所以常將其他材料復合來克服此缺陷，而碳材料是較為常用的選項。氮摻雜多孔碳材料不僅具有比表面積大和孔結(jié)構(gòu)優(yōu)良的特點，而且氮元素的摻雜能夠在碳材料表面引入許多含氮官能團，增加碳材料的潤濕性和贗電容，從而使碳材料的比電容有所提升，而氮摻雜碳材料中的結(jié)構(gòu)氮能夠改善碳材料的導電性能，這對增加超級電容器的比電容也是有益的。本文通過聚苯胺與氮摻雜多孔碳材料復合制備了超級電容器的電

3、極材料。
　　本論文通過溶液驅(qū)動法在飽和的氯化鈉溶液中合成多孔聚苯胺(porous PANI)，使用化學沉淀法將ZnO包覆在多孔聚苯胺上，進而制備氮摻雜多孔碳材料（porous carbon），在濃硝酸中處理所制備的氮摻雜多孔碳材料；在鹽酸摻雜的條件下通過原位復合制備氮摻雜多孔碳/聚苯胺（CP）。使用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射分析（XRD）、拉曼分析(Raman)、BET測試、掃描電鏡（SEM）等對材料的結(jié)構(gòu)進行了

4、表征，通過循環(huán)伏安測試（CV）、恒流充放電測試（GCD）和交流阻抗測試（EIS）對所制備材料的電化學性能進行了表征。研究證實：
　?、偻ㄟ^較為簡易且環(huán)保的溶液驅(qū)動法在飽和氯化鈉溶液中制備出具有特殊多孔結(jié)構(gòu)的聚苯胺porous PANI，其可以作為制備氮摻雜多孔碳材料的原材料。
　?、谕ㄟ^化學沉淀法成功地將ZnO包覆在多孔聚苯胺porous PANI上，并且在多孔碳聚苯胺碳化過程中，ZnO對其多孔結(jié)構(gòu)起到了很好的保護作用，有Z

5、nO保護的氮摻雜多孔碳材料比無ZnO保護的氮摻雜多孔碳材料Cnone具有更大表面積和更優(yōu)異的電化學性能。
　?、凼褂貌煌|(zhì)量比的苯胺和碳材料通過原位聚合法制備氮摻雜多孔碳/聚苯胺復合材料（CP），并且證實，當苯胺與碳材料的質(zhì)量比是5:1時，所制備的氮摻雜多孔碳/聚苯胺復合材料（CP5）具有最大的比電容，在1A/g下測得CP5的比電容為455F/g。在10A/g下對CP5和純聚苯胺進行800次充放電測試，可以發(fā)現(xiàn)，CP5初始電容的保