杂原子掺杂多孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2022-07-07 08:23

　　多孔碳材料具有良好的导电性、化学稳定性、价格低廉、比表面积高等优点,在超级电容器电极材料中被广泛应用。然而,传统多孔碳材料的能量密度相对较低,限制了其在高性能电容器中的进一步应用。因此,如何提高碳基材料的能量密度是当今科学研究的热门课题。本论文针对碳基材料应用于高性能超级电容器中存在的瓶颈问题,在课题组先前研究氮掺杂提高材料电化学性能的基础上,开展制备高性能杂原子掺杂多孔碳材料相关的基础研究。研究不同煅烧温度条件制备的氮硫共掺杂多孔碳材料作为超级电容器电极活性材料的电化学性能,通过分析材料物理性能与电化学性能之间的关联表明,煅烧温度对材料的结构和性能有很大影响,即温度越高,材料的石墨化程度越高,氮含量越低,微孔和总孔体积呈现先增加后减少的趋势。其中在800℃煅烧得到的材料具有最佳电化学性能。在此最佳煅烧温度条件下,通过分别使用尿素作为氮源与硫脲作为氮源和硫源,分别制备了具有类似孔结构和比表面积的氮掺杂和氮硫共掺杂多孔碳材料,探究氮单掺杂与氮硫共掺杂材料的电化学性能发现,氮硫共掺杂能够改善材料的亲水性且硫与氮形成协同效应提高赝电容,最终可以进一步提高氮硫共掺杂多孔碳材料的电化学性能。通过... 

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器简介
        1.2.1 双电层超级电容器(EDLC)
        1.2.2 赝电容器(PC)
        1.2.3 混合型超级电容器(HSC)
        1.2.4 超级电容器的电极材料
    1.3 .碳材料
        1.3.1 碳纳米管
        1.3.2 石墨烯
        1.3.3 介孔碳
        1.3.4 杂原子掺杂碳材料
    1.4 本课题的研究内容和研究目的
第二章 实验方法与设备
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 材料的制备
        2.3.1 氮硫共掺杂多孔碳材料的制备
        2.3.2 氮掺杂多孔碳材料的制备
    2.4 材料的物理表征
        2.4.1 氮气物理吸附
        2.4.2 X-射线衍射(XRD)分析
        2.4.3 X-射线光电子能谱(XPS)分析
        2.4.4 扫描电子显微镜(SEM)
        2.4.5 透射电子显微镜(TEM)
    2.5 材料的电化学表征
        2.5.1 三电极测试体系
        2.5.2 两电极测试体系
第三章 氮硫共掺杂多孔碳材料的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 不同煅烧温度对氮硫共掺杂多孔碳材料的影响
        3.2.1 材料的制备
        3.2.2 结果与讨论
        3.2.3 小结
    3.3 氮硫共掺杂的作用及性能研究
        3.3.1 材料的制备
        3.3.2 结果与讨论
        3.3.3 小结
    3.4 本章总结
第四章 不同原料配比条件下制备氮硫共掺杂多孔碳材料的研究
    4.1 引言
    4.2 硫脲加入量对氮硫共掺杂多孔碳材料的影响
        4.2.1 材料的制备
        4.2.2 结果与讨论
        4.2.3 小结
    4.3 氯化钙加入量对氮硫共掺杂多孔碳材料的影响
        4.3.1 材料的制备
        4.3.2 结果与讨论
        4.3.3 小结
    4.4 本章总结
第五章 新型氮掺杂多孔碳材料的制备及性能研究
    5.1 引言
    5.2 利用碱性活化剂制备氮掺杂多孔碳材料
    5.3 新型氮掺杂多孔碳材料的制备及性能研究
    5.4 本章总结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3656075