掺氮多孔炭材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2019-03-19 11:32

【摘要】：掺氮多孔炭材料,由于具有高比表面积、适宜的孔结构及氮掺杂等优点,吸引了越来越多科研工作者的关注。作为一种比较理想的电极材料,掺氮多孔炭在催化和超级电容器领域有潜在的应用前景。本文采用不同的方法和过程,制备掺氮多孔炭材料,将所制备的材料应用于催化和超级电容器,并研究其催化性能和电容性能。采用硬模板法,以三聚氰胺和甲醛为原料,在不同温度(700-900℃)碳化制备掺氮多孔炭材料(NPC-700,NPC-800,NPC-850,NPC-900),将其作为电极材料应用于催化和超级电容器,研究氮含量、氮类型如何影响电化学性能。研究表明,温度升高,材料比表面积、孔体积同时增大,氮含量减少,其中N-6和N-5含量减少,N-Q的量增加。NPC-800具有高比表面、适宜的孔结构、适中的氮类型分配比例。因此,表现出较小的电荷转移电阻(1.5Ω)和较高的峰电流密度,催化效果优于金属Pt。应用于超级电容器中,比电容值高达168F g-1,经过10000次循环测试,电容保持率仍可达95%。采用软模板法,以三聚氰胺和甲醛为原料,碳化-活化两步法制备掺氮碳材料NMC和NHPC。将其应用在催化和超级电容器,分析孔结构、氮元素对催化效果及电容性能的影响。结果显示,影响催化和电容性能的因素表现为两方面,一方面为孔结构和比表面积;另一方面为掺杂的氮元素。NHPC具有较高的比表面积、微孔-介孔丰富的孔结构及1.5%的氮含量,表现优异催化性能和电容性能,电容高达258F g-1,5000次循环之后,电容保持率高达97.5%。采用磁搅拌研磨法,以325目石墨和氨气为原料,制备不同研磨时间(0~10h)的掺氮纳米石墨(NNG-0,NNG-1.5,NNG-3,NNG-5,NNG-7,NNG-10)。通过SEM、XRD、XPS等方法对其表征。结果显示,研磨时间达到5 h以上时间,材料的比表面积及石墨化程度基本不变。研究表明,在适宜的孔径分布和氮原子的协同作用下,NNG-5表现出优于金属铂的催化性能,并呈现出较好的电容性能,电容高达190F g-1,频率为6 Hz时仍保持高达53%的电容保持率。
[Abstract]:Because of the advantages of high specific surface area, suitable pore structure and nitrogen doping, nitrogen-doped porous carbon materials have attracted more and more researchers' attention. As an ideal electrode material, nitrogen-doped porous carbon has potential applications in the field of catalysis and supercapacitor. In this paper, nitrogen-doped porous carbon materials were prepared by different methods and processes. The prepared materials were applied to catalysis and supercapacitors, and their catalytic and capacitive properties were studied. Nitrogen-doped porous carbon materials (NPC-700,NPC-800,NPC-850,NPC-900) were prepared by hard template method with melamine and formaldehyde as raw materials at different temperatures (700? 900 鈩，

本文编号：2443482