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(shè)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(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，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(gè)巨大挑戰(zhàn)。研究表明，對炭材料進(jìn)行雜原子摻雜改性是提高炭材料電容行為的一個(gè)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(jié)果如下:
　　(1)以廉價(jià)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(yīng)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(jié)構(gòu)，通過調(diào)控明膠的摻入量，可以實(shí)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(jié)構(gòu)有利于電子傳輸，且氮摻雜提高了材料的導(dǎo)電性及潤濕性，其比電容值較酚醛基多孔炭增加了一倍，達(dá)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(jìn)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(chǔ)上，向間苯二酚-明膠-甲醛共聚體系中進(jìn)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(shí)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(jìn)一步提高了材料的導(dǎo)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(dá)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(dá)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(chǔ)上，進(jìn)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(shí)現(xiàn)對氮摻雜大孔炭材料大孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控，將其用于超級電容器電極材料，比電容值達(dá)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，