ZIF-8復合材料基氮摻雜多孔碳的制備及其電化學性能研究.pdf

1、ZIF-8作為金屬有機框架化合物之一，因其具有豐富的氮原子、較高的比表面積、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，被用作制備氮摻雜多孔碳材料的模板或前驅(qū)體。氮摻雜多孔碳材料因其既具有較高的比表面積和孔體積，又含有豐富的氮原子，被廣泛應用于電催化氧還原和超級電容器等領域。本論文分別采用陽離子表面活性劑和聚合物來調(diào)控ZIF-8的生長，并成功制備了ZIF-8的復合物。將復合物在高溫碳化得到氮摻雜多孔碳材料，研究了這些氮摻雜多孔碳材料的電催化氧還原

2、活性和電容性能。
　　在水溶液中，采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）調(diào)控ZIF-8的生長，并制備了具有核殼結(jié)構的ZIF-8@CTAB復合物。高溫碳化ZIF-8@CTAB得到了氮摻雜多孔碳材料（命名為PC1000@C）。與高溫直接碳化純ZIF-8得到的多孔碳材料（命名為PC1000）相比，PC1000@C是具有多級微孔/介孔結(jié)構、高比表面積和大孔體積的氮摻雜碳材料，此材料具有很好的電催化氧還原活性。通過不同電流密度的充放電曲線計算

3、得到多孔碳材料的比電容值，PC1000@C在電流密度為0.5 A g-1時具有較大的比電容值225 F g-1，并且在1000個充放電循環(huán)后電容值仍保持初始電容值的92％。
　　設計并合成了ZIF-8與聚乙烯吡咯烷酮的復合物ZIF-8@PVP，將復合物在不同溫度下高溫碳化得到氮摻雜的多孔碳材料 CPT（T=800、900、1000），并對它們在堿性電解液中的電催化氧還原活性和作為超級電容器電極材料的電容性能進行研究。CP1000具

4、有最高的比表面積、孔體積和最高含量的石墨氮，所以CP1000有最高的電催化氧還原活性和最大的比電容值（在電流密度為1 A g-1時的比電容最大為198 F g-1）。
　　通過調(diào)節(jié) ZIF-8和 PVP的配比，合成了三種具有不同粒徑和氮含量的ZIF-8@PVP-n（n=1、2、3）復合物，將其在1000℃碳化得到氮摻雜多孔碳材料CP1000-n（n=1、2、3），并對它們的電催化氧還原活性和電容性能進行表征。同高溫直接碳化純ZIF