杂原子掺杂多孔炭材料的制备与电容性能研究
发布时间：2023-04-21 19:59
多孔炭由于具有高的比表面、发达的多孔结构和适中的价格,是商品化超级电容器电极材料的首选。本文制备了氮掺杂微孔炭、磷掺杂介孔炭和氮、磷共掺杂高比表面分级孔炭材料,研究了制备工艺对炭材料的结构和电容性能的影响规律,分析了炭材料的成孔机制和N、P原子的引入对炭材料在不同电解液中电化学性能的影响。以含氮有机酸盐—乙二胺四乙酸二钠盐为碳前躯体,在600-900 ℃直接热解制备富氮微孔炭材料(NECs)。随热解温度升高,炭材料的比表面积和孔容分别由600℃的457 m2·g-1和0.21 cm3·g-1逐渐增加至900 ℃的1511 m2.g-1和0.98 cm3·g-1,然而N元素含量却由8.69 at%降低至0.88 at%。富氮炭材料在6 M KOH电解液中的单位面积比电容与氮含量一样呈减小的趋势,从600℃的47 uF·cm-2逐渐下降至900 ℃的10.1 uF·cm-2;而在1 MEt4NBF4/AN电解液中,单位面积比容量值却出现先升后降的趋势,与氮含量没有相关性。这说明氮掺杂在无机电解液体系中可产生较大的赝电容,而在有机电解液体系中却不能发生氧化还原反应,不能产生准电容效应。以含磷...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 超级电容器的概述
1.1.1 超级电容器简介
1.1.2 超级电容器的工作原理
1.1.3 超级电容器的组成结构
1.1.4 超级电容器的发展及应用
1.2 超级电容器多孔炭电极
1.2.1 活性炭(ACs)
1.2.2 模板炭
1.2.3 碳气凝胶
1.2.4 碳纳米管
1.2.5 碳化物衍生物
1.3 掺杂型多孔炭电极材料
1.3.1 含氮多孔炭
1.3.2 含磷多孔炭
1.3.3 含氧多孔炭
1.3.4 含硼多孔炭
1.3.5 多原子掺杂多孔炭
1.4 本论文主要研究思路和内容
第二章 实验部分
2.1 实验试剂和仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 材料表征
2.2.1 热重(TG)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.3 高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)
2.2.4 氮气等温吸脱附(BET)
2.2.5 X射线衍射(XRD)
2.2.6 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.7 拉曼光谱(Raman)
2.3 超级电容器的组装
2.3.1 无机电解液体系
2.3.2 有机电解液体系
2.4 电化学性能测试
2.4.1 循环伏安法
2.4.2 恒流充放电法
2.4.3 内阻测试法
第三章 氮掺杂微孔炭电极材料的制备及电容性能的研究
3.1 氮掺杂微孔炭的制备
3.2 氮掺杂微孔炭的成孔机理
3.3 氮掺杂微孔炭的结构表征
3.3.1 扫描电镜
3.3.2 高倍率透射电镜
3.3.3 比表面积和孔径分布
3.3.4 石墨化程度分析
3.3.5 XPS分析
3.4 氮掺杂微孔炭电极材料在无机电解液中的电化学性能
3.5 氮掺杂微孔炭电极材料在有机电解液中的电化学性能
3.6 氮掺杂微孔炭电极材料在无机、有机电解液中电化学性能的比较
3.7 本章小结
第四章 磷掺杂介孔炭电极材料的制备及电容性能的研究
4.1 磷掺杂介孔炭的制备
4.2 磷掺杂介孔炭的成孔机理
4.3 磷掺杂介孔炭的结构表征
4.3.1 扫描电镜
4.3.2 高倍率透射电镜
4.3.3 比表面积和孔径分布
4.3.4 XRD分析
4.3.5 XPS分析
4.4 磷掺杂介孔炭电极材料在碱性电解液中的电化学性能
4.5 磷掺杂介孔炭电极材料在酸性电解液中的电化学性能
4.6 本章小结
第五章 氮、磷共掺杂分级孔炭电极材料的制备及电容性能的研究
5.1 氮、磷共掺杂分级孔炭的制备
5.2 氮、磷共掺杂分级孔炭的表征
5.2.1 扫描和透射电镜
5.2.2 比表面积和孔径分布
5.2.3 XRD分析
5.2.4 XPS分析
5.3 氮、磷共掺杂分级孔炭的形成机理
5.4 氮、磷共掺杂分级孔炭电极材料在碱性电解液中的电化学性能
5.5 氮、磷共掺杂分级孔炭电极材料在酸性电解液中的电化学性能
5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
研究成果
作者和导师简介
附件
本文编号：3796155
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 超级电容器的概述
1.1.1 超级电容器简介
1.1.2 超级电容器的工作原理
1.1.3 超级电容器的组成结构
1.1.4 超级电容器的发展及应用
1.2 超级电容器多孔炭电极
1.2.1 活性炭(ACs)
1.2.2 模板炭
1.2.3 碳气凝胶
1.2.4 碳纳米管
1.2.5 碳化物衍生物
1.3 掺杂型多孔炭电极材料
1.3.1 含氮多孔炭
1.3.2 含磷多孔炭
1.3.3 含氧多孔炭
1.3.4 含硼多孔炭
1.3.5 多原子掺杂多孔炭
1.4 本论文主要研究思路和内容
第二章 实验部分
2.1 实验试剂和仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 材料表征
2.2.1 热重(TG)
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.3 高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)
2.2.4 氮气等温吸脱附(BET)
2.2.5 X射线衍射(XRD)
2.2.6 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.7 拉曼光谱(Raman)
2.3 超级电容器的组装
2.3.1 无机电解液体系
2.3.2 有机电解液体系
2.4 电化学性能测试
2.4.1 循环伏安法
2.4.2 恒流充放电法
2.4.3 内阻测试法
第三章 氮掺杂微孔炭电极材料的制备及电容性能的研究
3.1 氮掺杂微孔炭的制备
3.2 氮掺杂微孔炭的成孔机理
3.3 氮掺杂微孔炭的结构表征
3.3.1 扫描电镜
3.3.2 高倍率透射电镜
3.3.3 比表面积和孔径分布
3.3.4 石墨化程度分析
3.3.5 XPS分析
3.4 氮掺杂微孔炭电极材料在无机电解液中的电化学性能
3.5 氮掺杂微孔炭电极材料在有机电解液中的电化学性能
3.6 氮掺杂微孔炭电极材料在无机、有机电解液中电化学性能的比较
3.7 本章小结
第四章 磷掺杂介孔炭电极材料的制备及电容性能的研究
4.1 磷掺杂介孔炭的制备
4.2 磷掺杂介孔炭的成孔机理
4.3 磷掺杂介孔炭的结构表征
4.3.1 扫描电镜
4.3.2 高倍率透射电镜
4.3.3 比表面积和孔径分布
4.3.4 XRD分析
4.3.5 XPS分析
4.4 磷掺杂介孔炭电极材料在碱性电解液中的电化学性能
4.5 磷掺杂介孔炭电极材料在酸性电解液中的电化学性能
4.6 本章小结
第五章 氮、磷共掺杂分级孔炭电极材料的制备及电容性能的研究
5.1 氮、磷共掺杂分级孔炭的制备
5.2 氮、磷共掺杂分级孔炭的表征
5.2.1 扫描和透射电镜
5.2.2 比表面积和孔径分布
5.2.3 XRD分析
5.2.4 XPS分析
5.3 氮、磷共掺杂分级孔炭的形成机理
5.4 氮、磷共掺杂分级孔炭电极材料在碱性电解液中的电化学性能
5.5 氮、磷共掺杂分级孔炭电极材料在酸性电解液中的电化学性能
5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
研究成果
作者和导师简介
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