雜原子摻雜的多孔碳材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器，又稱作為電化學(xué)電容器，由于其使用壽命長(zhǎng)、原理簡(jiǎn)單、高動(dòng)態(tài)電荷傳播等特點(diǎn)，得到了人們的極大關(guān)注。碳材料是電極材料的一種，表現(xiàn)出雙電層電容，由于其理想的物理和化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用在超級(jí)電容器電極材料的制備之中。同時(shí)，碳材料有成本較低、來(lái)源廣泛、形式多樣及易于加工等特點(diǎn)。在碳材料中引入雜原子（如磷、硫、氮原子），能夠在雙電層電容器中引入贗電容，贗電容會(huì)與雙電層電容發(fā)生協(xié)同作用，提高材料的電化學(xué)性能。同時(shí)，可以通過(guò)物理活化和化學(xué)活化

2、來(lái)對(duì)碳材料進(jìn)行制孔處理，其中化學(xué)活化的效果較優(yōu)。KOH是最常用的化學(xué)活化劑，通過(guò)活化制孔，材料的比表面積會(huì)有顯著地提升，縮短了離子的運(yùn)輸路徑，加快電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提高碳材料的電化學(xué)性能。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.以聚氨酯作為碳前驅(qū)體，在500℃下進(jìn)行預(yù)碳化后通過(guò)活化劑 KOH進(jìn)行活化制孔，用 TEM、SEM、XRD、FTIR、XPS及氮吸附來(lái)表征樣品的形貌和結(jié)構(gòu)。氮吸附結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)活化后樣品的比表面積能夠達(dá)

3、到2216m2 g-1。相關(guān)電化學(xué)結(jié)果顯示，當(dāng) KOH與聚氨酯的質(zhì)量比為2:1，活化效果最好，樣品PUC-2:1在1 A g-1的電流密度下的比電容值為395 F g-1。而且，在10 A g-1的電流密度下進(jìn)行4000圈循環(huán)充放電后，PUC-2:1的比電容值仍然能夠達(dá)到初始電容的95.3％。通過(guò)兩電極測(cè)試來(lái)得到樣品的能量-功率密度，樣品 PUC-2:1在1080 W kg-1的功率密度下的能量密度為24.4 Wh kg-1。
　

4、　2.以葡萄糖為碳前驅(qū)體，用硫脲作為氮源和硫源，通過(guò)水熱法在葡萄糖中摻雜氮硫元素。然后，在750℃高溫通過(guò)活化劑 KOH對(duì)摻雜后的葡萄糖進(jìn)行活化制孔，成功得到了氮硫共摻雜的葡萄糖基多孔碳材料。相關(guān)電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，葡萄糖與硫脲的摩爾比為20:1時(shí)，其摻雜效果最好；KOH與碳基材料的質(zhì)量比為1:1時(shí)，活化最佳，得到樣品的電化學(xué)性能最優(yōu)。樣品 ADGC-1:1在1A g-1電流密度下的比電容值為281F g-1，在5A g-1電流密度下進(jìn)

5、行5000圈充放電后，其比電容值比初始時(shí)提高了7%，說(shuō)明樣品有一個(gè)很好的循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　3.在甲醇環(huán)境中，以冰醋酸為引發(fā)劑，用乙二胺對(duì)葡萄糖進(jìn)行胺化，在葡萄糖中引入了雜原子氮。然后，在750℃高溫下通過(guò)活化劑 KOH對(duì)材料進(jìn)行活化制孔，得到氮摻雜的多孔碳材料。通過(guò)氮吸附的測(cè)試結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)活化后，樣品AGC-1:1的比表面積高達(dá)1106m2 g-1，遠(yuǎn)高于未活化樣品的100m2 g-1。相關(guān)電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，KOH與樣品