一鍋固相反應(yīng)法制備的碳基納米材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、碳基材料由于其化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如，碳基材料用作鋰離子電池負(fù)極材料、鈉離子電池負(fù)極材料以及超級(jí)電容器電極材料。其中，分級(jí)多孔的碳基納米材料特別是有雜原子摻雜、金屬復(fù)合的碳基納米材料作為電極材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。本文主要采用一鍋固相反應(yīng)法一種簡易環(huán)保的合成方法，簡便地合成了一系列的有雜原子摻雜、金屬復(fù)合的分級(jí)多孔碳基納米材料。由于該法對(duì)環(huán)境友好，所制備的碳基納米材料具有獨(dú)特的結(jié)

2、構(gòu)和組成，因此，表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰（鈉）以及電化學(xué)電容性能，展現(xiàn)了該法制備的碳基納米材料在新能源材料領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴將丁二酮肟和鋅鹽作為前驅(qū)體，分別采用一步法和兩步法制備出了兩種有氮摻雜的多孔碳材料。用一步法制備的N-C(900℃)納米材料具有很好的電化學(xué)電容器的性能。例如，在0.5 A g-1的電流密度下，N-C(900℃)納米材料法拉第電容高達(dá)112.2 F g-1。用兩步法制備的N-C(7

3、00℃)納米材料，表現(xiàn)出了較好的儲(chǔ)鋰性能。例如，在100mAh g-1的充放電速率下，經(jīng)過100次循環(huán)，它的可逆比容量仍然能保持在700.0mAh g-1，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳材料的理論比容量(372 mAhg-1)。⑵以丁二酮肟和鎳鹽為前驅(qū)體，通過一鍋固相反應(yīng)法一步合成了中空多孔的均勻鑲嵌鎳的氮摻雜碳復(fù)合材料(H-Ni@N-C Network)。再進(jìn)一步用鹽酸酸化后，去除部分Ni，得到含有少量Ni納米粒子的中空多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料(L-Ni@N-

4、CNetwork)。將L-Ni@N-C Network納米材料作為電極材料，它不僅表現(xiàn)出了極佳的儲(chǔ)鋰性能，也表現(xiàn)出了較好的儲(chǔ)鈉性能。⑶以鄰苯二胺、鄰香草醛與鈷鹽為前驅(qū)體，通過一鍋固相反應(yīng)法一步合成了均勻鑲嵌有Co納米粒子的中空凹多面體碳復(fù)合納米材料。此材料的中空結(jié)構(gòu)能有效地緩解充放電過程中的體積膨脹效應(yīng)，促使了鋰離子的快速傳輸。將它作為鋰離子電池負(fù)極材料，它表現(xiàn)出了較高的可逆容量、好的循環(huán)穩(wěn)定性以及高的倍率性能。在100mAhgg-1的