甲壳胺为前体制备部分石墨化碳/过渡金属氧化物纳米复合材料及电化学性能表征

发布时间：2022-10-08 17:49

　　电化学电容器,也称超级电容器,具有快速充放电、循环寿命长、工作温度范围宽、功率密度高等优点。电极材料是提高超级电容器性能的关键因素之一,开发导电性好、比表面积大以及电化学活性高的新型纳米复合材料是超级电容器电极材料研究的重要的方向。纯碳基电极材料导电性能良好,机械强度大,化学稳定性好,然而本身不具备氧化还原活性,仅依赖双电层电容进行电荷存储;过渡金属氧化物作为超级电容器的电极材料,自身具有良好的氧化还原活性,然而导电性差,且在充放电过程中易发生体积的膨胀与收缩,影响其电化学稳定性。为了克服上述不足,本文将过渡金属氧化物与部分石墨化碳材料相结合,以期制备出能充分发挥两种材料协同效应的部分石墨化碳/过渡金属氧化物复合纳米材料。本文采用甲壳胺作为碳源前体并作为结构导向剂引导类水滑石的生长,制备甲壳胺/类水滑石（CTS/LDHs）复合材料,经高温煅烧后甲壳胺可转化为部分石墨化碳,氮原子的原位掺杂对碳材料进行表面改性,增强了其表面润湿性能,还可以在碳材料表面生成更多的空位和缺陷,为氧化还原反应提供更多的活性位点。类水滑石经惰性气氛煅烧转化为金属单质,高温条件下,金属单质可充分发挥对碳材料的催化石... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 超级电容器
        1.1.1 超级电容器简介
        1.1.2 超级电容器分类
        1.1.3 超级电容器结构
        1.1.4 超级电容器电极工作原理
            1.1.4.1 双电层超级电容器工作原理
            1.1.4.2 赝电容器工作原理
        1.1.5 超级电容器的电极材料和电解质
            1.1.5.1 双电层电容器电极材料
            1.1.5.2 赝电容器电极材料
            1.1.5.3 电解质
    1.2 类水滑石
        1.2.1 类水滑石简介
        1.2.2 LDHs常用合成方法
            1.2.2.1 共沉淀法
            1.2.2.2 水热法
            1.2.2.3 离子交换法
            1.2.2.4 焙烧还原法
            1.2.2.5 溶胶一凝胶法
    1.3 碳/LDHs或LDOs复合材料
    1.4 甲壳胺及氮掺杂碳
        1.4.1 甲壳胺简介
        1.4.2 氮掺杂碳电极材料
            1.4.2.1 氮掺杂对碳材料物理、化学性质的影响
            1.4.2.2 氮在碳材料中的基本存在形式
            1.4.2.3Ｎ掺杂对碳材料电化学性能的影响
    1.5 电化学性能测试方法
        1.5.1 循环伏安法（CV）
        1.5.2 恒电流充放电
    1.6 选题目的和意义
第二章 共沉淀法制备LDHs及其煅烧产物性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料、试剂与仪器
            2.2.1.1 实验原料与试剂
            2.2.1.2 实验仪器
        2.2.2 复合材料制备
        2.2.3 部分石墨化碳/过渡金属氧化物(PGC/TMOs)纳米复合物制备
        2.2.4 结构与形貌表征
        2.2.5 电极的制作
        2.2.6 电化学性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 XRD
        2.3.2 拉曼光谱与高分辨透射电镜（HRTEM）表征
        2.3.3 比表面积与孔径分布
        2.3.4 SEM形貌观测与元素分析
    2.4 电化学性能表征
        2.4.1 循环伏安曲线
        2.4.2 恒电流充放电(galvanostatic charge discharge, GCD)
        2.4.3 倍率特性与循环稳定性
    2.5 小结
第三章 溶剂蒸发法制备CTS/MN-NO_3膜及其煅烧产物性能测定
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料、试剂及仪器
            3.2.1.1 实验原料与试剂
            3.2.1.2 实验仪器
        3.2.2 甲壳胺/硝酸盐复合膜制备
        3.2.3 部分石墨化碳/过渡金属氧化物N-PGC/TMOs纳米复合物制备
        3.2.4 纳米复合物电极制作
        3.2.5 结构与形貌表征
        3.2.6 电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 XRD
        3.3.2 拉曼光谱
        3.3.3 比表面积与孔径分布
        3.3.4 SEM形貌观测与元素分析
    3.4 电化学性能表征
        3.4.1 循环伏安曲线
        3.4.2 恒电流充放电
        3.4.3 倍率特性与循环稳定性
    3.5 小结
第四章 冷冻干燥法制备三维结构甲壳胺/双金属硝酸盐复合物（3D-CTS/MN-NO_3）及其煅烧产物性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料、试剂及仪器
            4.2.1.1 实验原料与试剂
            4.2.1.2 实验仪器
        4.2.2 甲壳胺/硝酸盐复合三维结构复合材料制备
        4.2.3 部分石墨化碳/过渡金属氧化物N-PGC/TMOs纳米复合物制备
        4.2.4 纳米复合物电极制作
        4.2.5 结构与形貌表征
        4.2.6 电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 XRD
        4.3.2 拉曼光谱
        4.3.3 比表面积与孔径分布
        4.3.4 SEM形貌观测与元素分析
    4.4 电化学性能表征
        4.4.1 循环伏安曲线
        4.4.2 恒电流充放电
        4.4.3 倍率特性与循环稳定性
    4.5 小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或待发表的论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碳材料的超级电容器电极材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,赵慎龙,郝昌龙,陆晨光,朱以华,唐智勇.  物理化学学报. 2017(01)
[2]类石墨烯碳材料的制备及其电容性能研究[J]. 苏善金,来庆学,梁彦瑜.  化学学报. 2015(07)
[3]氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈阳,张梓澜,隋志军,刘芝婷,周静红,周兴贵.  物理化学学报. 2015(06)
[4]氮硫双掺杂活性炭材料的制备和电容性能(英文)[J]. 李朝辉,李仕蛟,周晋,朱婷婷,沈红龙,禚淑萍.  物理化学学报. 2015(04)
[5]有机污染物和碳纳米颗粒:吸附机理及影响因素（英文）[J]. Hong-bo PENG,Di ZHANG,Hao LI,Chi WANG,Bo PAN.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2014(08)
[6]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦.  化学学报. 2014(03)
[7]导电聚合物基超级电容器电极材料研究进展[J]. 冯辉霞,王滨,谭琳,雒和明,张德懿.  化工进展. 2014(03)
[8]Metal oxide and hydroxide nanoarrays: Hydrothermal synthesis and applications as supercapacitors and nanocatalysts[J]. Qiu Yang,Zhiyi Lu,Junfeng Liu,Xiaodong Lei,Zheng Chang,Liang Luo,Xiaoming Sun.  Progress in Natural Science:Materials International. 2013(04)
[9]3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物的制备及超级电容性能[J]. 严琳,孔惠,李在均.  化学学报. 2013(05)
[10]NiO/CNTs的制备及其电化学电容行为研究[J]. 贾巍,徐茂文,雷超,包淑娟,贾殿赠.  化学学报. 2011(15)



本文编号：3688156