杂原子掺杂多孔碳材料的结构设计及在电化学储能中的应用

发布时间：2023-01-26 07:00

　　多孔碳材料具有较高的比表面积、良好的导电性和可调控的孔隙结构等优点,受到研究人员越来越多的关注。为进一步拓宽其应用范围,可以对多孔碳材料进行合理的孔隙结构设计和表面掺杂改性。然而,上述两种优化策略通常依赖于特定的模板和表面活性剂,因此具有制备过程复杂和生产成本较高的缺点。针对上述问题,本论文以廉价易得的细菌纤维素（Bacterial Cellulose,BC）和葡萄糖等材料为碳源,围绕如何便捷制备杂原子掺杂多孔碳材料,以及实现其孔隙/表面结构调控展开研究。本文提出了制备杂原子掺杂多孔碳材料的新思路,研究了杂原子掺杂多孔碳的形成机理,简化了合成步骤,降低了生产成本,有望实现大规模生产。基于所制备杂原子掺杂多孔碳材料的结构、形貌等特点,重点研究了它们在超级电容器、锂/钠离子电池、锂硫电池等电化学储能体系中的应用。具体研究成果如下:（1）以天然纳米材料BC为硬模板和碳源,通过原位聚合的方式,成功在BC纤维结构表面均匀生长一层聚吡咯（Polypyrrole,PPy）材料,抽滤成膜得到BC/PPy复合材料。将BC/PPy复合材料冷冻干燥并在氩气中煅烧,成功制备了一种N掺杂碳纳米纤维（NDCN）材... 

【文章页数】：180 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 多孔碳材料
        1.2.1 多孔碳材料概述
        1.2.2 多孔碳材料合成
        1.2.3 多孔碳材料的结构改性
    1.3 杂原子掺杂多孔碳
        1.3.1 杂原子掺杂多孔碳材料的形式
        1.3.2 杂原子掺杂多孔碳材料的合成
        1.3.3 杂原子掺杂多孔碳材料在储能领域的应用
    1.4 本论文的研究目的和主要内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 主要内容
    参考文献
2 N掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器的锂离子电池中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 实验步骤
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 NDCN的结构和形貌表征
        2.3.2 NDCN在超级电容器中的应用
        2.3.3 NDCN在锂离子电池中的应用
    2.4 本章小结
    参考文献
3 高含量N掺杂多孔碳材料的制备及其储钠性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 实验步骤
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 NDCF的结构与形貌表征
        3.3.2 NDCFs在钠离子电池中的应用
        3.3.3 DFT计算
    3.4 本章小结
    参考文献
4 N/S共掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 实验步骤
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 NSDF的结构与形貌表征
        4.3.2 NSDF在三电极体系下电容性能研究
        4.3.3 NSDF在两电极体系下电容性能研究
    4.4 本章小结
    参考文献
5 P掺杂多孔碳纳米片的制备及其在超级电容器中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验药品
        5.2.2 实验仪器
        5.2.3 实验步骤
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 2D-PPCN的形成机理分析
        5.3.2 2D-PPCN的结构与形貌表征
        5.3.3 2D-PPCN的电容性能测试
        5.3.4 2D-PPCN的普适性制备研究
        5.3.5 2D-PPCN的孔结构调控研究
        5.3.6 孔结构对于2D-PPCNs的电容性能影响研究
    5.4 本章小结
    参考文献
6 三维多孔道P掺杂碳纳米片的制备及其在锂硫电池中的应用
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验药品
        6.2.2 实验仪器
        6.2.3 实验步骤
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 PCS的结构与形貌表征
        6.3.2 PCS常规载量锂硫电池测试
        6.3.3 PCS高载量锂硫电池测试
    6.4 本章小结
    参考文献
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
致谢
附录1 攻读博士学位期间发表/待发表论文和会议论文目录
    期刊论文
    会议论文
附录2 攻读博士学位期间参加的学术会议


【参考文献】：
期刊论文
[1]Highly nitrogen and sulfur dual-doped carbon microspheres for supercapacitors[J]. Wen Lei,Junpo Guo,Zexing Wu,Cuijuan Xuan,Weiping Xiao,Deli Wang.  Science Bulletin. 2017(14)
[2]多孔碳材料的制备[J]. 吴雪艳,王开学,陈接胜.  化学进展. 2012(Z1)



本文编号：3732292