本文主要研究内容
作者刘静华（2019）在《碳基超级电容器电极材料的C3N4模板法制备及其电化学性能》一文中研究指出：超级电容器被认为是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置,因具有高功率密度、超长循环寿命和快速充放电等优点而引起了越来越多研究者的关注。超级电容器的性能与电极材料密切相关。为了提升超级电容器的能量密度和功率密度,具有优异电化学性能的电极材料被陆续设计与合成出来。在700℃以上,氮化碳（C3N4）不稳定容易发生分解,并产生大量含N小分子。它们可以作为N源掺入前驱体中,从而制备各种N掺杂的材料或者氮化物等,此方法被称为C3N4自牺牲模板法。该方法在一定程度上可以取代NH3气氛的使用,同时避免了后续的模板去除过程,制备过程简单有效,因此受到了越来越多的关注。此外,C3N4的空间限域作用有助于辅助各种新颖结构的材料的合成。本研究采用C3N4自牺牲模板法来发展简单有效超级电容器电极材料制备方法。首先,通过两步热解双氰胺和葡萄糖混合前驱体制备了N掺杂碳纳米片。在第一步550℃的热解过程中,双氰胺经过热缩合生成了C3N4中间体。随后,在第二阶段的高温热解过程中C3N4发生分解,其丰富的N原子原位进入葡萄糖热解得到的碳骨架中,最终在不同温度条件下制备了N掺杂碳纳米片。其中,800℃制备的N掺杂碳纳米片表现出最佳的电化学性能,在1 A g-1电流密度下,比电容为170.5 F g-1。为了进一步提高N掺杂碳纳米片的电化学性能,赝电容材料被引入到N掺杂碳材料中。在双氰胺和葡萄糖的混合前驱体中加入了FeCl3·6H2O。采用两步热处理法,通过调节高温温度（T）,制备了不同组成成分和形貌的含铁物质与N掺杂碳材料的复合材料（Fe-NC-Ts）。由于Fe的催化作用及C3N4的空间限域作用,在600℃-1000℃高温范围内,Fe-NC-Ts复合材料的组成成分和结构发生了很大的变化。其中,含Fe物质的物相转变趋势为Fe3+→Fe2O3→Fe3O4→Fe3C→α-Fe。而复合材料的形貌则由二维的片状结构转变为一维管状结构。700℃时制备的复合材料（Fe-NC-700）由二维的N掺杂碳纳米片负载Fe3O4和Fe3C纳米颗粒组成,表现出了最优异的电容性能,在三电极体系下,1 A g-1电流密度时,比电容为217.8 F g-1。800℃时制备的复合材料是由N掺杂碳纳米管包裹Fe3C纳米棒组成的管状结构,表现出了很高的电化学稳定性,10000圈循环后,电容保留率为91.3%。Fe-NC-700电极组装成对称型超级电容器,在1 A g-1电流密度下,电容器的能量密度为8.94 W h Kg-1。在双氰胺和葡萄糖的混合前驱体中加入VOSO4作为V源,经过两步热解过程,原位制备了VN/N掺杂碳纳米片复合材料（VN/NCN-Ts）。该制备方法中,C3N4既作为N掺杂碳纳米片的N源,又作为VN的N源。此外,复合材料中的N掺杂碳纳米片能够有效的防止VN被氧化,极大的提升了材料的稳定性。700℃制备的复合材料（VN/NCN-700）具有最高的VNxOy与掺杂N含量,表现出了最高的电化学性能。在三电极体系下,VN/NCN-700在1 A g-1时,比电容为285.4 F g-1。VN/NCN-700电极组装成对称型超级电容器,在功率密度为276.3 W kg-1时,电容器的最大能量密度为10.3 W h kg-1;在功率密度为5484.2W kg-1时,能量密度仍能保持7.6 W h kg-1。在双氰胺和葡萄糖的混合前驱体中加入了聚多巴胺包裹的SiO2球,通过两步热解法以及后续SiO2刻蚀过程,制备了N掺杂空心碳球和N掺杂碳纳米片组成的多孔碳材料（NHCS/NCN-Ts）。800℃时,制备的NHCS/NCN复合材料（NHCS/NCN-800）具有超高的N掺杂含量（23.2 wt%）,适中的吡啶-N（40.2%）、吡咯-N（26.6%）和石墨-N（29.6%）比例,并具有大的比表面积(701 m2g-1)和高的孔体积(1.38 cm3g-1),表现出了高的电容性能和良好的稳定性。三电极体系下,1 A g-1时,NHCS/NCN-800的比电容为425 F g-1;在50 A g-1的大电流下,比电容仍能保持275 F g-1,表现出了优异的电化学性能。10000圈循环后,NHCS/NCN-800的电容仍保持90%,表现出高的稳定性。NHCS/NCN-800电极组装成对称型超级电容器,在功率密度为499.3 W Kg-1时,最高能量密度为11.9W h Kg-1。
Abstract
chao ji dian rong qi bei ren wei shi jie yu chuan tong dian rong qi he er ci dian chi zhi jian de yi chong xin xing chu neng zhuang zhi ,yin ju you gao gong lv mi du 、chao chang xun huan shou ming he kuai su chong fang dian deng you dian er yin qi le yue lai yue duo yan jiu zhe de guan zhu 。chao ji dian rong qi de xing neng yu dian ji cai liao mi qie xiang guan 。wei le di sheng chao ji dian rong qi de neng liang mi du he gong lv mi du ,ju you you yi dian hua xue xing neng de dian ji cai liao bei liu xu she ji yu ge cheng chu lai 。zai 700℃yi shang ,dan hua tan （C3N4）bu wen ding rong yi fa sheng fen jie ,bing chan sheng da liang han Nxiao fen zi 。ta men ke yi zuo wei Nyuan can ru qian qu ti zhong ,cong er zhi bei ge chong Ncan za de cai liao huo zhe dan hua wu deng ,ci fang fa bei chen wei C3N4zi xi sheng mo ban fa 。gai fang fa zai yi ding cheng du shang ke yi qu dai NH3qi fen de shi yong ,tong shi bi mian le hou xu de mo ban qu chu guo cheng ,zhi bei guo cheng jian chan you xiao ,yin ci shou dao le yue lai yue duo de guan zhu 。ci wai ,C3N4de kong jian xian yu zuo yong you zhu yu fu zhu ge chong xin ying jie gou de cai liao de ge cheng 。ben yan jiu cai yong C3N4zi xi sheng mo ban fa lai fa zhan jian chan you xiao chao ji dian rong qi dian ji cai liao zhi bei fang fa 。shou xian ,tong guo liang bu re jie shuang qing an he pu tao tang hun ge qian qu ti zhi bei le Ncan za tan na mi pian 。zai di yi bu 550℃de re jie guo cheng zhong ,shuang qing an jing guo re su ge sheng cheng le C3N4zhong jian ti 。sui hou ,zai di er jie duan de gao wen re jie guo cheng zhong C3N4fa sheng fen jie ,ji feng fu de Nyuan zi yuan wei jin ru pu tao tang re jie de dao de tan gu jia zhong ,zui zhong zai bu tong wen du tiao jian xia zhi bei le Ncan za tan na mi pian 。ji zhong ,800℃zhi bei de Ncan za tan na mi pian biao xian chu zui jia de dian hua xue xing neng ,zai 1 A g-1dian liu mi du xia ,bi dian rong wei 170.5 F g-1。wei le jin yi bu di gao Ncan za tan na mi pian de dian hua xue xing neng ,yan dian rong cai liao bei yin ru dao Ncan za tan cai liao zhong 。zai shuang qing an he pu tao tang de hun ge qian qu ti zhong jia ru le FeCl3·6H2O。cai yong liang bu re chu li fa ,tong guo diao jie gao wen wen du （T）,zhi bei le bu tong zu cheng cheng fen he xing mao de han tie wu zhi yu Ncan za tan cai liao de fu ge cai liao （Fe-NC-Ts）。you yu Fede cui hua zuo yong ji C3N4de kong jian xian yu zuo yong ,zai 600℃-1000℃gao wen fan wei nei ,Fe-NC-Tsfu ge cai liao de zu cheng cheng fen he jie gou fa sheng le hen da de bian hua 。ji zhong ,han Fewu zhi de wu xiang zhuai bian qu shi wei Fe3+→Fe2O3→Fe3O4→Fe3C→α-Fe。er fu ge cai liao de xing mao ze you er wei de pian zhuang jie gou zhuai bian wei yi wei guan zhuang jie gou 。700℃shi zhi bei de fu ge cai liao （Fe-NC-700）you er wei de Ncan za tan na mi pian fu zai Fe3O4he Fe3Cna mi ke li zu cheng ,biao xian chu le zui you yi de dian rong xing neng ,zai san dian ji ti ji xia ,1 A g-1dian liu mi du shi ,bi dian rong wei 217.8 F g-1。800℃shi zhi bei de fu ge cai liao shi you Ncan za tan na mi guan bao guo Fe3Cna mi bang zu cheng de guan zhuang jie gou ,biao xian chu le hen gao de dian hua xue wen ding xing ,10000juan xun huan hou ,dian rong bao liu lv wei 91.3%。Fe-NC-700dian ji zu zhuang cheng dui chen xing chao ji dian rong qi ,zai 1 A g-1dian liu mi du xia ,dian rong qi de neng liang mi du wei 8.94 W h Kg-1。zai shuang qing an he pu tao tang de hun ge qian qu ti zhong jia ru VOSO4zuo wei Vyuan ,jing guo liang bu re jie guo cheng ,yuan wei zhi bei le VN/Ncan za tan na mi pian fu ge cai liao （VN/NCN-Ts）。gai zhi bei fang fa zhong ,C3N4ji zuo wei Ncan za tan na mi pian de Nyuan ,you zuo wei VNde Nyuan 。ci wai ,fu ge cai liao zhong de Ncan za tan na mi pian neng gou you xiao de fang zhi VNbei yang hua ,ji da de di sheng le cai liao de wen ding xing 。700℃zhi bei de fu ge cai liao （VN/NCN-700）ju you zui gao de VNxOyyu can za Nhan liang ,biao xian chu le zui gao de dian hua xue xing neng 。zai san dian ji ti ji xia ,VN/NCN-700zai 1 A g-1shi ,bi dian rong wei 285.4 F g-1。VN/NCN-700dian ji zu zhuang cheng dui chen xing chao ji dian rong qi ,zai gong lv mi du wei 276.3 W kg-1shi ,dian rong qi de zui da neng liang mi du wei 10.3 W h kg-1;zai gong lv mi du wei 5484.2W kg-1shi ,neng liang mi du reng neng bao chi 7.6 W h kg-1。zai shuang qing an he pu tao tang de hun ge qian qu ti zhong jia ru le ju duo ba an bao guo de SiO2qiu ,tong guo liang bu re jie fa yi ji hou xu SiO2ke shi guo cheng ,zhi bei le Ncan za kong xin tan qiu he Ncan za tan na mi pian zu cheng de duo kong tan cai liao （NHCS/NCN-Ts）。800℃shi ,zhi bei de NHCS/NCNfu ge cai liao （NHCS/NCN-800）ju you chao gao de Ncan za han liang （23.2 wt%）,kuo zhong de bi ding -N（40.2%）、bi ge -N（26.6%）he dan mo -N（29.6%）bi li ,bing ju you da de bi biao mian ji (701 m2g-1)he gao de kong ti ji (1.38 cm3g-1),biao xian chu le gao de dian rong xing neng he liang hao de wen ding xing 。san dian ji ti ji xia ,1 A g-1shi ,NHCS/NCN-800de bi dian rong wei 425 F g-1;zai 50 A g-1de da dian liu xia ,bi dian rong reng neng bao chi 275 F g-1,biao xian chu le you yi de dian hua xue xing neng 。10000juan xun huan hou ,NHCS/NCN-800de dian rong reng bao chi 90%,biao xian chu gao de wen ding xing 。NHCS/NCN-800dian ji zu zhuang cheng dui chen xing chao ji dian rong qi ,zai gong lv mi du wei 499.3 W Kg-1shi ,zui gao neng liang mi du wei 11.9W h Kg-1。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的刘静华，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于超级电容器论文,电极材料论文,模板法论文,掺杂碳材料论文,多孔碳材料论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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