本文主要研究内容
作者刘云（2019）在《氮掺杂碳材料的制备及在超级电容器中的应用研究》一文中研究指出：能源稀缺和环境污染已成为21世纪不可忽视的两大社会问题,学者们纷纷致力于寻找和开发清洁环保的可再生能源以及安全高效的储能装置。其中,超级电容器(电化学电容器或法拉第电容器),因为其具有充放电速率快、功率密度高、循环稳定性好等优点,逐渐成为了科学家们的研究重点。碳材料作为一种常用的超级电容器电极材料,具有比表面积大、孔径结构可调控、导电性能好和来源广泛、成本低廉等优点,受到了广泛的关注。但单纯的碳材料作为电极材料时,存在比电容和能量密度较低的缺点,严重限制了其进一步发展和应用。据报道,在碳基骨架中掺杂氮、磷、氧、硼等杂原子,能有效对碳材料进行改性,增加其比电容和能量密度。本课题主要制备了三种氮掺杂的多孔碳材料(PNCs),研究不同前驱体及碳化温度对PNCs形貌、结构和电化学性能的影响,并探究了PNCs样品作为超级电容器电极材料的实用性能:首先,以对苯二胺(PPD)和三聚氯氰(TCT)为主要原料,通过缩聚反应生成具有三嗪结构的微孔聚合物,再在不同温度下煅烧碳化,制备氮掺杂的碳材料。测试表征结果表明:碳化温度是影响电极材料比表面积、孔径分布、氮掺杂量和电化学性能的重要因素;碳化温度升高时,样品的比表面积和微孔孔体积逐渐增大,但当碳化温度过高时,比表面积和微孔孔体积变小,碳化温度为900℃时,样品具有最高的比表面积和微孔孔体积;随着碳化温度的逐渐升高,样品的石墨化程度逐渐变大,导电性逐渐增强,氮含量逐渐减少。在比表面积、孔径结构、氮掺杂量和导电性能的综合作用下,900℃碳化的样品(N-CTF-900)在1 A g-1电流密度时具有264 F g-1的比电容,为各个碳化温度中的最大值,且其具有良好的倍率性能和循环稳定性。其次,分别以对苯二胺(PPD)为碳源和氮源,六氯环三磷腈(HCCP)为氮源和磷源,通过氨基对氯的亲核取代,生成具有微孔结构的聚合物,再置于不同温度的管式炉中煅烧碳化,制备氮磷共掺杂的多孔碳材料。结果表明:不同碳化温度下制备的样品都具有分层级的多孔结构,为电子和离子的传输和存储提供了通道;比表面积的大小、石墨化程度与碳化温度成正比,而氮磷原子的掺杂量与碳化温度成反比,1000℃碳化的样品(NP-MCP-1000)具有最大的比表面积(1785 m2 g-1),700℃煅烧碳化的样品(NP-MCP-700)具有最高含量的氮磷掺杂量。循环伏安法(CV)和恒流充放电测试(GCD)表明900℃碳化的样品(NP-MCP-900)具有最高的比电容,1 A g-1电流密度时为323 F g-1。此外,NP-MCP-900样品具有良好的倍率性能和循环使用寿命,且其组装的简易超级电容器装置能够成功点亮LED灯,表现出良好的实用性能。第三,将富氮单体1,2,4-三氨基苯盐酸(BTD)或1,2,4,5-四氨基苯盐酸(TAB)与活性剂FeC13·6H20混合均匀后置于Ar氛围下的管式炉中煅烧碳化,制备高氮含量的掺杂碳材料。研究结果表明:FeCl3·6H2O不仅有利于氧化聚合,还能促进碳化过程中孔道结构的产生,各个温度下碳化的样品都形成了分层级的多孔结构,有利于电子的传输和离子的扩散;450℃煅烧碳化的样品具有最大的比表面积和微孔孔体积,BTD和TAB在450℃碳化的碳材料(PNCB-450和PNCT-450)的比表面积分别为1335 m2 g-1和1169 m2 g-1;在450℃碳化的样品(PNCB-450和PNCT-450)分别具有23.85%和26.36%的最高氮掺杂量。碳材料中氮含量的增加有利于增加其电容量,但氮含量过高时,其比电容反而降低。电化学测试表征表明450℃碳化的样品具有最高的比电容,酸性电解液中1 A g-1电流密度时,PNCB-450和PNCT-450的比电容分别为482 F g-1和403 F g-1;PNCB-450样品在12000次循环充放电后仍具有98%的电容量,表现出良好的循环稳定性;且在二电极体系中,0.5 Ag-1的电流密度时其能量密度和功率密度分别为9.43 Whkg-1和155.43 W kg-1;将PNCB-450样品组装的简易超级电容器装置与秒表串联,能够成功点亮秒表并持续工作10 min,表明其作为超级电容器电极材料具有一定的可行性。
Abstract
neng yuan xi que he huan jing wu ran yi cheng wei 21shi ji bu ke hu shi de liang da she hui wen ti ,xue zhe men fen fen zhi li yu xun zhao he kai fa qing jie huan bao de ke zai sheng neng yuan yi ji an quan gao xiao de chu neng zhuang zhi 。ji zhong ,chao ji dian rong qi (dian hua xue dian rong qi huo fa la di dian rong qi ),yin wei ji ju you chong fang dian su lv kuai 、gong lv mi du gao 、xun huan wen ding xing hao deng you dian ,zhu jian cheng wei le ke xue jia men de yan jiu chong dian 。tan cai liao zuo wei yi chong chang yong de chao ji dian rong qi dian ji cai liao ,ju you bi biao mian ji da 、kong jing jie gou ke diao kong 、dao dian xing neng hao he lai yuan an fan 、cheng ben di lian deng you dian ,shou dao le an fan de guan zhu 。dan chan chun de tan cai liao zuo wei dian ji cai liao shi ,cun zai bi dian rong he neng liang mi du jiao di de que dian ,yan chong xian zhi le ji jin yi bu fa zhan he ying yong 。ju bao dao ,zai tan ji gu jia zhong can za dan 、lin 、yang 、peng deng za yuan 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xiao ,tan hua wen du wei 900℃shi ,yang pin ju you zui gao de bi biao mian ji he wei kong kong ti ji ;sui zhao tan hua wen du de zhu jian sheng gao ,yang pin de dan mo hua cheng du zhu jian bian da ,dao dian xing zhu jian zeng jiang ,dan han liang zhu jian jian shao 。zai bi biao mian ji 、kong jing jie gou 、dan can za liang he dao dian xing neng de zeng ge zuo yong xia ,900℃tan hua de yang pin (N-CTF-900)zai 1 A g-1dian liu mi du shi ju you 264 F g-1de bi dian rong ,wei ge ge tan hua wen du zhong de zui da zhi ,ju ji ju you liang hao de bei lv xing neng he xun huan wen ding xing 。ji ci ,fen bie yi dui ben er an (PPD)wei tan yuan he dan yuan ,liu lv huan san lin jing (HCCP)wei dan yuan he lin yuan ,tong guo an ji dui lv de qin he qu dai ,sheng cheng ju you wei kong jie gou de ju ge wu ,zai zhi yu bu tong wen du de guan shi lu zhong duan shao tan hua ,zhi bei dan lin gong can za de duo kong tan cai liao 。jie guo biao ming :bu tong tan hua wen du xia zhi bei de yang pin dou ju you fen ceng ji de duo kong jie gou ,wei dian zi he li zi de chuan shu he cun chu di gong le tong dao ;bi biao mian ji de da xiao 、dan mo hua cheng du yu tan hua wen du cheng zheng bi ,er dan lin yuan zi de can za liang yu tan hua wen du cheng fan bi ,1000℃tan hua de yang pin (NP-MCP-1000)ju you zui da de bi biao mian ji (1785 m2 g-1),700℃duan shao tan hua de yang pin (NP-MCP-700)ju you zui gao han liang de dan lin can za liang 。xun huan fu an fa (CV)he heng liu chong fang dian ce shi (GCD)biao ming 900℃tan hua de yang pin (NP-MCP-900)ju you zui gao de bi dian rong ,1 A g-1dian liu mi du shi wei 323 F g-1。ci wai ,NP-MCP-900yang pin ju you liang hao de bei lv xing neng he xun huan shi yong shou ming ,ju ji zu zhuang de jian yi chao ji dian rong qi zhuang zhi neng gou cheng gong dian liang LEDdeng ,biao xian chu liang hao de shi yong xing neng 。di san ,jiang fu dan chan ti 1,2,4-san an ji ben yan suan (BTD)huo 1,2,4,5-si an ji ben yan suan (TAB)yu huo xing ji FeC13·6H20hun ge jun yun hou zhi yu Arfen 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论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自江南大学的刘云，发表于刊物江南大学2019-10-21论文，是一篇关于超级电容器论文,氮掺杂论文,多孔碳材料论文,碳化温度论文,电化学性能论文,江南大学2019-10-21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，资料来自江南大学2019-10-21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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