氮磷摻雜碳基超級(jí)電容器電極材料性能研究.pdf

1、三維多孔活性炭由于成本低廉、循環(huán)壽命長(zhǎng)、比表面積大，在制備超級(jí)電容器材料上有很大優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，然而單純的活性炭由于僅依靠雙電層電容儲(chǔ)能故其電容值通常較低，進(jìn)而限制了能量密度的提升。本文采用不同含氮前驅(qū)體，通過(guò)在碳基體表面引入雜原子 N和 P，對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行有效的高溫刻蝕和碳化，得到了摻雜的三維多孔活性材料，研究發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的碳基材料，其良好的親水性，提供了更有效的離子通道，同時(shí)引入贗電容之后，其整體電容性能得到較大提高。
　　本文

2、首先利用簡(jiǎn)單的靜態(tài)化學(xué)氧化法，用富含 N元素的導(dǎo)電高分子聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PAn)得到了PPy/PAn的共聚物作為前驅(qū)體，再與KOH粉末混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫煅燒，得到了三維多孔的氮摻雜活性炭，并對(duì)不同碳化溫度下的電化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度為700℃時(shí)，其性能最佳，此時(shí)比表面積也是最大(高達(dá)1753 m2g-1)，XPS測(cè)試表明氮元素的含量在3.13％，且隨著溫度升高，含氮量下降，其有序性降低。
　　本文首

3、次采用富含氮元素的離子液體作摻雜劑用于超級(jí)電容器的制備過(guò)程，用小分子葡萄糖作碳源，此外，與前面所區(qū)別的是此處以共晶鹽 KCl-ZnCl2作為碳化造孔劑，800℃在氮?dú)鈿夥障卤３謨尚r(shí)，得到共晶鹽碳化材料 NCG(N-doped carbonized glucose)，成功制備了三維多孔的氮摻雜活性炭。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空白對(duì)比實(shí)驗(yàn)中未添加離子液體的多孔碳電化學(xué)測(cè)試效果不如加入離子液體的效果好。不過(guò)共晶鹽主要以“占位效應(yīng)”形成物理刻蝕，相比較

4、于 KOH的化學(xué)刻蝕，其造孔能力相對(duì)略低。
　　采用固-固研磨混合法，以小分子雙氰胺作為含氮前驅(qū)體，環(huán)糊精作為碳源，KOH作為刻蝕劑，制備氮摻雜多孔碳材料簡(jiǎn)稱(chēng)NCC(N-doped carbonized cyclodextrin)，研究了不同溫度下對(duì)其刻蝕產(chǎn)物電化學(xué)性能的影響。為進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)制備了未摻雜氮元素的碳材料，得到的材料稱(chēng)為 CC，研究結(jié)果表明摻雜后的NCC比CC的性能有很大提高，且在700℃效果最佳。
　　通過(guò)加

5、入綠色環(huán)保的植酸作為 P摻雜劑以及結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，以葡萄糖作為碳源，F(xiàn)127作為軟模板，在高溫下進(jìn)行刻蝕和碳化，得到了P摻雜的三維多孔活性炭。測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)加入交聯(lián)劑植酸，得到了“枝杈”狀的三維立體結(jié)構(gòu)，經(jīng)刻蝕改進(jìn)后的材料，其電荷轉(zhuǎn)移電阻比未經(jīng)摻雜的要低很多，且循環(huán)伏案測(cè)試的比電容比后者高出近103Fg-1，在1M KOH電解液下進(jìn)行環(huán)壽命測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其容量穩(wěn)定性非常高，在1A g-1的電流密度下，循環(huán)充放電4000次，其容量保持率達(dá)到9

6、0%。
　　最后，本文還采用水熱法和靜態(tài)化學(xué)氧化法，利用植酸作為交聯(lián)劑，通過(guò)氫鍵結(jié)合氧化石墨烯（GO）和聚吡咯（PPy），得到了 P和 N共摻雜的GO/PA/PPy。通過(guò)研究PPy含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)GO良好的機(jī)械性能延緩了PPy的降解，而 PPy則憑借其優(yōu)良的導(dǎo)電性和贗電容行為在復(fù)合材料中扮演了極其重要的角色。結(jié)果表明：當(dāng)Py加入量為1 mL時(shí)，該復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳，其循環(huán)伏案曲線在0.5 mol/L硫酸溶液中呈