雜原子摻雜多孔炭的制備及其電容行為研究.pdf

1、超級電容器是一類新型的、綠色的能源存儲設備，它具有高的能量密度和功率密度，且其循環(huán)壽命長。多孔炭材料由于其高比表面積、環(huán)境友好、導電性好等優(yōu)點，是理想的超級電容器電極材料。如何獲得具有高比電容量、良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的多孔炭電極材料，仍是研究者們面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。研究表明，對炭材料進行雜原子摻雜改性是提高炭材料電容行為的一個有效方式，因而，本文探索了雜原子摻雜微孔及大孔炭材料的制備方法，并用作超級電容器電極材料，考察其電容行為。本

2、文的研究內(nèi)容及研究結果如下:
　　(1)以廉價的天然生物高分子明膠為氮源，通過間苯二酚、明膠、甲醛共聚反應制備了含氮聚合物，經(jīng)直接熱解獲得氮摻雜微孔炭材料，該材料具有三維網(wǎng)狀骨架結構，通過調(diào)控明膠的摻入量，可以實現(xiàn)對炭材料氮摻雜量的可控調(diào)節(jié)。將其用作超級電容器電極材料，由于其具有三維網(wǎng)狀骨架結構有利于電子傳輸，且氮摻雜提高了材料的導電性及潤濕性，其比電容值較酚醛基多孔炭增加了一倍，達149 F g-1，經(jīng)水活化處理，材料的比表面積

3、提高至1174 m2 g-1，其比電容值進一步提高至228 F g-1，且具有良好的倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(2)在氮摻雜微孔炭的研究基礎上，向間苯二酚-明膠-甲醛共聚體系中進一步引入硼酸，由此制備了B、N共摻雜微孔炭材料，通過調(diào)節(jié)硼酸摻入量可以實現(xiàn)對炭材料含硼量的可控調(diào)節(jié)，將其用作超級電容器電極材料，由于B、N共摻雜進一步提高了材料的導電性，故與氮摻雜微孔炭相比，其具有更好的雙電層電容特征及更高的比電容量，比電容量達175

4、 F g-1，活化后，材料的比表面積增至1325 m2 g-1，比電容量達232 F g-1，且具有良好的倍率性能。
　　(3)在氮摻雜微孔炭的研究基礎上，進一步調(diào)節(jié)明膠及催化劑用量，制備了具有高氮含量及開放式大孔的氮摻雜大孔炭材料，通過調(diào)節(jié)明膠及丙二酸用量可以實現(xiàn)對氮摻雜大孔炭材料大孔結構的調(diào)控，將其用于超級電容器電極材料，比電容值達185 F g-1，但材料具有較大的極化現(xiàn)象，活化后材料的比表面積、總孔孔容及微孔孔容大幅增加，