珊瑚状氮掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

发布时间：2021-07-29 22:15

　　在三聚氰胺为氮源、碳酸钾为活化剂的条件下,由菜籽饼制得了珊瑚状氮掺杂分级多孔碳（CNPCs）。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、氮吸脱附等表征手段,研究了三聚氰胺的用量对CNPCs微观形貌、组成及孔隙结构的影响。结果表明,当三聚氰胺的用量为2 g时,所得CNPC2的比表面积达2050 m2·g-1。以6 mol·L-1KOH为电解液,在0.05 A·g-1的电流密度下,CNPCs的比容可达274 F·g-1;当电流密度为50 A·g-1时,CNPCs的比容为169 F·g-1,显示了优异的倍率性能。经过10000次充放电测试后,比容保持率达96%,展现了良好的循环稳定性。此工作为从生物质大规模生产高性能储能用多孔碳材料提供了一种简单、绿色的方法。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

CNPCs的合成过程示意图

图4(a)是CNPCs的氮吸脱附等温线。在相对压力P/P0<0.01时，所有的等温曲线呈现明显的陡增，说明材料中存在大量的微孔[23]。此外，三个样品的曲线都有滞后环，说明材料内中孔的存在[24]。在相对压力P/P0>0.95时，曲线上扬，表明材料中存在大孔[11]。其中，微孔可提供大量的活性位点，增加电荷存储的有效表面积；中孔可缩短离子传输距离，有利于双电层的形成；大孔则可充当容器储存大量的电解液[25]。图4(b)为CNPCs的孔径分布。从图中可以看出，三个样品中的孔主要是由孔径<10 nm的中/微孔和30～70 nm的大孔组成。随着三聚氰胺用量从1 g增加至3 g，孔径<4 nm的孔先增加后降低，而孔径>4 nm的孔增加。这说明合适的三聚氰胺用量有利于中/微孔的形成。但是，过多的三聚氰胺会堵塞碳骨架上的一些中孔和微孔，导致其含量降低。CNPCs样品的孔结构参数见表1。从表中可以看出，CNPC2具有最大的SBET和总孔容(Vt)，分别为2050m2·g-1、1.13 cm3·g-1。CNPC3具有最大的平均孔径(Dap)，达3.29 nm。这主要是因为进一步增加三聚氰胺质量后，加入的固态的三聚氰胺先起到占位的作用。随后，随着温度的升高，三聚氰胺受热分解，留下相应的空位和孔道。也就是说，更大的三聚氰胺加入量导致更大的平均孔径。上述结果说明，通过改变三聚氰胺的用量可以调控CNPCs样品的孔结构参数。图3 CNPC2的TEM图(a)及CNPC2的高分辨率TEM图(b)

CNPC2的TEM图(a)及CNPC2的高分辨率TEM图(b)


本文编号：3310156