氮/氧共掺杂多孔碳纳米带的可控制备及储能特性
发布时间：2021-11-26 04:35
采用模板聚合同步活化法可控制备了氮/氧共掺杂的多孔碳纳米带（PCNR）材料。通过SEM,TEM,FTIR,Raman,XRD,BET和XPS对PCNR的形貌和结构进行了表征,结果表明:PCNR呈三维连通的带状结构,碳纳米带表面呈多孔状;800℃活化制备的PCNR800样品比表面积为2342 m2/g、氮含量为10.75%,氧含量为13.90%。PCNR800为电极活性物质组装的超级电容器,其具有优异的储能特性。在电流密度为1.0 A/g时,比电容为58.8 F/g;在功率密度为1.5 kW/kg时,能量密度为73.3 Wh/kg;5000次恒流充放电循环后,比电容为初始比电容的96.5%,库仑效率保持99%以上。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
PCNR800样品的TEM图片
采用氧化聚合模板组装法制备了PPy前驱体,图1(a)为PPy前驱体的SEM图片。在CTAB模板的作用下,PPy沿着模板原位聚合生长。得到的PPy前驱体呈椭圆形片状结构。如图1(b)所示,PPy前驱体结构中的CTAB经过高温处理后脱出,原有的椭圆片状结构被彻底破坏,得到的碳材料呈相互连通的带状结构。由图1(c)可知,碳纳米带的厚度为20～40 nm,宽度为50～200 nm。作为超级电容器电极材料,PCNR这种独特的三维空间结构可以使电子沿纳米带定向传输,有利于电荷的储存和转移。图2为PCNR700,PCNR800,PCNR900和CNR800样品的XRD和Raman谱图。如图2(a)所示,PCNR样品的XRD谱图在2θ=25°处出现一个衍射峰,对应于石墨化碳的(002)晶面衍射峰[22]。随着活化温度的升高,该衍射峰变强,结晶度略有升高[25]。但由于碳纳米带是以PPy为前驱体制备的,导致样品的结晶度较低,以无定形状态为主。在图2(b)中,PCNR样品Raman谱图在1357 cm-1和1592 cm-1出现了两个特征峰,分别归属于非石墨化晶体的不规则散射峰的D峰和由于2D六方晶体中sp2碳原子的振动产生的G峰。这两个峰的相对强度比(IG/ID)可以反映出材料的结晶程度[26]。PCNR700,PCNR800和PCNR900样品的IG/ID分别为1.27,1.40和1.49。该结果表明PCNR样品中含有较多的缺陷,石墨化程度较低。随着活化温度的升高,IG/ID增加,结晶度升高,这与XRD分析结果一致。
表2 PCNR700,PCNR800和PCNR900的元素含量Table 2 Elemental composition of PCNR700, PCNR800 and PCNR900 Sample Atom fraction/% C O N PCNR700 73.45 14.83 11.72 PCNR800 75.35 13.90 10.75 PCNR900 80.70 12.27 7.032.2 超级电容器性能测试
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管/纤维素复合纸为电极的超级电容器性能[J]. 陈玮,孙晓刚,蔡满园,聂艳艳,邱治文,陈珑. 材料工程. 2018(10)
[2]氮掺杂多孔石墨碳的制备及储能特性[J]. 孙立,徐立洋,李宏扬,杨颖. 精细化工. 2018(10)
[3]超级电容器用马尾藻基超级活性炭的制备及其电化学性能[J]. 李诗杰,张继刚,李金晓,韩奎华,韩旭东,路春美. 材料工程. 2018(07)
[4]3D氧化石墨烯纳米带-碳纳米管/TPU复合材料薄膜的制备与性能[J]. 郑辉东. 材料工程. 2016(06)
本文编号：3519405
【文章来源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
PCNR800样品的TEM图片
采用氧化聚合模板组装法制备了PPy前驱体,图1(a)为PPy前驱体的SEM图片。在CTAB模板的作用下,PPy沿着模板原位聚合生长。得到的PPy前驱体呈椭圆形片状结构。如图1(b)所示,PPy前驱体结构中的CTAB经过高温处理后脱出,原有的椭圆片状结构被彻底破坏,得到的碳材料呈相互连通的带状结构。由图1(c)可知,碳纳米带的厚度为20～40 nm,宽度为50～200 nm。作为超级电容器电极材料,PCNR这种独特的三维空间结构可以使电子沿纳米带定向传输,有利于电荷的储存和转移。图2为PCNR700,PCNR800,PCNR900和CNR800样品的XRD和Raman谱图。如图2(a)所示,PCNR样品的XRD谱图在2θ=25°处出现一个衍射峰,对应于石墨化碳的(002)晶面衍射峰[22]。随着活化温度的升高,该衍射峰变强,结晶度略有升高[25]。但由于碳纳米带是以PPy为前驱体制备的,导致样品的结晶度较低,以无定形状态为主。在图2(b)中,PCNR样品Raman谱图在1357 cm-1和1592 cm-1出现了两个特征峰,分别归属于非石墨化晶体的不规则散射峰的D峰和由于2D六方晶体中sp2碳原子的振动产生的G峰。这两个峰的相对强度比(IG/ID)可以反映出材料的结晶程度[26]。PCNR700,PCNR800和PCNR900样品的IG/ID分别为1.27,1.40和1.49。该结果表明PCNR样品中含有较多的缺陷,石墨化程度较低。随着活化温度的升高,IG/ID增加,结晶度升高,这与XRD分析结果一致。
表2 PCNR700,PCNR800和PCNR900的元素含量Table 2 Elemental composition of PCNR700, PCNR800 and PCNR900 Sample Atom fraction/% C O N PCNR700 73.45 14.83 11.72 PCNR800 75.35 13.90 10.75 PCNR900 80.70 12.27 7.032.2 超级电容器性能测试
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管/纤维素复合纸为电极的超级电容器性能[J]. 陈玮,孙晓刚,蔡满园,聂艳艳,邱治文,陈珑. 材料工程. 2018(10)
[2]氮掺杂多孔石墨碳的制备及储能特性[J]. 孙立,徐立洋,李宏扬,杨颖. 精细化工. 2018(10)
[3]超级电容器用马尾藻基超级活性炭的制备及其电化学性能[J]. 李诗杰,张继刚,李金晓,韩奎华,韩旭东,路春美. 材料工程. 2018(07)
[4]3D氧化石墨烯纳米带-碳纳米管/TPU复合材料薄膜的制备与性能[J]. 郑辉东. 材料工程. 2016(06)
本文编号：3519405
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3519405.html
