新型石墨烯基氮摻雜多孔碳復合材料的制備及其超電容應用.pdf

1、超級電容器具有高的功率密度、超長的循環(huán)壽命以及清潔的特點，這種理想的儲能裝置已經(jīng)引起了人們的關注。碳材料由于具有高的導電性、大的比表面積和廉價的優(yōu)點，在超級電容器應用中已經(jīng)成為最有前途的電極材料。但是，目前的碳材料的制備方法還存在成本高、制備過程復雜以及其超電容性能不夠高等問題，這些缺點限制了它們在超電容中的實際應用。本工作在降低生產成本的基礎上，制備出了具有超高比電容性能的碳材料。
　　本文首先在乙二胺的輔助下通過生物質葡萄糖在

2、氧化石墨烯表面的水熱碳化，制備了一種氮摻雜水熱碳包覆石墨烯復合材料(RGO@HTC)。在這一步法合成過程中，氧化石墨烯作為導電基底、葡萄糖為碳源。乙二胺不但可以對碳材料進行氮摻雜，而且能夠通過靜電作用使得葡萄糖在呈電負性的氧化石墨烯表面水熱碳化，得到了獨特的、三明治結構的、褶皺狀的水熱碳包覆石墨烯復合材料。制備的材料經(jīng)過KOH活化處理進一步提高其多孔性。復合材料具備微孔、介孔和大孔的多級孔結構，較大的比表面積(1749 m2·g-1)和

3、孔體積(0.405 cm3·g-1)。由于RGO@HTC復合材料結合了石墨烯的高導電性和水熱碳豐富的孔隙率，其作為碳基超電容電極材料擁有超高的比容量（0.5 A·g-1電流密度下，比電容值340F·g-1），良好的倍率特性和循環(huán)性能。并探討了反應物用量，反應溫度等實驗條件對復合碳材料的形貌、孔結構和電化學性能的具體影響。RGO@HTC卓越的超電容性能和制備成本使得其在工業(yè)化領域具有潛在的應用價值。隨后嘗試了改變不同碳源和氮源來制備系列水

4、熱碳包覆石墨烯復合材料，發(fā)現(xiàn)復合材料的超電容性能與反應物有著密切的關系。以葡萄糖為碳源，三聚氰胺為氮源制備的水熱碳包覆石墨烯復合材料具備高的比電容值（0.5 A·g-1電流密度下比電容值達到336F·g-1），并顯示了良好的倍率特性。三聚氰胺的量對材料的比電容值產生很大的影響，當三聚氰胺的量為1g時，復合材料的比電容值最高。而以蔗糖或者淀粉為碳源，乙二胺為氮源通過水熱法能夠實現(xiàn)水熱碳對氧化石墨烯的包覆，但是制備的復合材料的超電容性能不夠