杂原子掺杂多孔碳材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2021-09-06 04:15
作为一种新型可再生的能源存储设备,超级电容器具有使用寿命长、响应速度快、功率密度高、安全性能好、可持续环保等优势,其电极材料的物理结构和化学性质对整体性能起着至关重要的作用。多孔碳材料,由于其丰富的可用性,经济性,环境友好性而成为电极材料的首选。孔隙率和杂原子掺杂是影响其电化学性能的主要因素。其中,多孔结构能提供电解液离子快速传输的通道,杂原子掺杂可以改善电极材料的极性并提供赝电容。因此,本文探索了三种改性方法对多孔碳材料进行杂原子掺杂和孔结构调控,并考察了其电容行为。具体研究内容如下:1. 以富含蛋白质的鱼骨为碳源和自掺杂氮源,在氮气气氛下制备了N掺杂多孔碳材料。鱼骨中天然存在的羟基磷酸钙作为天然模板在产物中引入了大量的介孔和微孔。在750～900℃的温度范围内对前驱体进行热解,考察了温度对产物形貌和结构的影响。并将其作为超级电容器电极进行电化学性能测试,结果表明在850℃下获得的多孔碳材料不仅具有1337 m2 g-1的高比表面积,而且N、O含量分别高达5.8和7.99 at%。使用H2SO4电...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层电容器（EDLC）示意图
山东理工大学硕士学位论文3.2实验部分图Fig.3.1Schematicdiagramof图3.1展示了NPC电极材料了三维层状氮掺杂分级多孔的氮源和碳源，而无机成分征碳骨架中很容易地被消除实验中使用的鱼骨是从当地食品市场购买的和污垢等杂质，然后在80℃行碳化，气体流速为50mL并在此温度下保持1h，升温速率为别升至750、800、850和900的固体残留物样品分别标记为然冷却至室温后，用1MHCl然后用蒸馏水清洗直至pH和NPC-900。酸洗过程中发生的主要反应为Ca10(PO4)6(第三章鱼骨衍生的N-自掺杂多孔碳材料电容行为探究153.1鱼骨制备氮掺杂多孔碳电极材料的示意图cdiagramofpreparationofN-dopedporouscarbonelectrodematerial的合成流程。本实验采用一种简单的方法从鱼骨中制备碳。鱼骨的机成分（主要是胶原蛋白和糖蛋白（主要是羟基磷酸钙）可以通过稀盐酸（HC，从而产生丰富的微孔。。鱼骨首先用去离子水冲洗下干燥24h。在此之后，将鱼骨在N2气氛下的管式炉中进Lmin-1，采用如下加热程序：（1）将炉温由室温上升至5℃min-1，以去除鱼骨中的水分。再将实验温度℃并保持1h，以消除挥发性有机化合物。然后将完全碳化NPCa-750、NPCa-800、NPCa-850和NPCMHCl浸洗所得碳粉（即“酸洗”工艺），以除去羟基磷酸钙达到7。干燥样品分别标记为NPC-750、NPC：OH)2+20HCl→10CaCl2+6H3PO4+2H2OdopedporouscarbonelectrodematerialsfromFishbone）可以作为NPCl）酸洗从其本，除去残渣200℃分a-900；（2）自（HAP），-800、NPC-850(3.1)
山东理工大学硕士学位论文3.3实验结果与讨论3.3.1材料结构与形貌分析图3.2（a，b）鱼骨，（c的FE-SEM图像Fig.3.2FE-SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC(h)NPC-850,(i)and(j)NPC图3.2是通过扫描电镜和透射电镜观察所显示的从图3.2a和b中可看出，鱼骨自身具有理后仍然继承了这种多层结构和NPC-850具有相互连接、层状结构有利于离子从电解质扩散电荷储存提供了丰富的吸附被有效地提高。与前者不同的是这种现象表明900℃的高温浸洗处理（即酸洗处理）的颗粒存在。相比之下，酸洗后的酸洗处理确实可以使得自模板第三章鱼骨衍生的N-自掺杂多孔碳材料电容行为探究16，d）NPC-750，（e，f）NPC-800，（g，h）NPC-850；（k）NPCa-850，（l）NPC-850的TEM图像SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC-750,(e)and(f)NPCnd(j)NPC-900,(k)TEMimagesofNPCa-850and(l)NPC鱼骨和制备的NPCs典型的多层结构。制备的NPCs经过高温碳化处（图3.2c-j）。与鱼骨的致密结构相比，NPC褶皱叠起的分层结构并布满了大量的中孔和微孔至NPC的内部空间，而布于其表面的中孔和微孔位点[80]。基于这两个特征，NPCs电极材料的电容性能可以，在NPC-900的表面上观察到大量碎片（会破坏NPC-900的分层结构。图3.2k表明，NPCa-850在TEM视野中可以观察到明显的羟基磷酸盐晶体NPC-850则没有观察到任何晶体结构（-羟基磷酸钙从碳骨架中完全去除，并留下丰富的孔隙结构和（i，j）NPC-900750,(e)and(f)NPC-800,(g)and850and(l)NPC-850的微观形貌。-750、NPC-800。这种褶皱则为图3.2i和j），未经过1MHCl图3.2l），说明。
【参考文献】：
期刊论文
[1]From interpenetrating polymer networks to hierarchical porous carbons for advanced supercapacitor electrodes[J]. Ling Miao,Xiaoyu Qian,Dazhang Zhu,Ting Chen,Guchuan Ping,Yaokang Lv,Wei Xiong,Yafei Liu,Lihua Gan,Mingxian Liu. Chinese Chemical Letters. 2019(07)
[2]生物质衍生碳材料的结构多样性及其在能量存储方面的应用（英文）[J]. 江丽丽,盛利志,范壮军. Science China Materials. 2018(02)
本文编号：3386726
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层电容器（EDLC）示意图
山东理工大学硕士学位论文3.2实验部分图Fig.3.1Schematicdiagramof图3.1展示了NPC电极材料了三维层状氮掺杂分级多孔的氮源和碳源，而无机成分征碳骨架中很容易地被消除实验中使用的鱼骨是从当地食品市场购买的和污垢等杂质，然后在80℃行碳化，气体流速为50mL并在此温度下保持1h，升温速率为别升至750、800、850和900的固体残留物样品分别标记为然冷却至室温后，用1MHCl然后用蒸馏水清洗直至pH和NPC-900。酸洗过程中发生的主要反应为Ca10(PO4)6(第三章鱼骨衍生的N-自掺杂多孔碳材料电容行为探究153.1鱼骨制备氮掺杂多孔碳电极材料的示意图cdiagramofpreparationofN-dopedporouscarbonelectrodematerial的合成流程。本实验采用一种简单的方法从鱼骨中制备碳。鱼骨的机成分（主要是胶原蛋白和糖蛋白（主要是羟基磷酸钙）可以通过稀盐酸（HC，从而产生丰富的微孔。。鱼骨首先用去离子水冲洗下干燥24h。在此之后，将鱼骨在N2气氛下的管式炉中进Lmin-1，采用如下加热程序：（1）将炉温由室温上升至5℃min-1，以去除鱼骨中的水分。再将实验温度℃并保持1h，以消除挥发性有机化合物。然后将完全碳化NPCa-750、NPCa-800、NPCa-850和NPCMHCl浸洗所得碳粉（即“酸洗”工艺），以除去羟基磷酸钙达到7。干燥样品分别标记为NPC-750、NPC：OH)2+20HCl→10CaCl2+6H3PO4+2H2OdopedporouscarbonelectrodematerialsfromFishbone）可以作为NPCl）酸洗从其本，除去残渣200℃分a-900；（2）自（HAP），-800、NPC-850(3.1)
山东理工大学硕士学位论文3.3实验结果与讨论3.3.1材料结构与形貌分析图3.2（a，b）鱼骨，（c的FE-SEM图像Fig.3.2FE-SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC(h)NPC-850,(i)and(j)NPC图3.2是通过扫描电镜和透射电镜观察所显示的从图3.2a和b中可看出，鱼骨自身具有理后仍然继承了这种多层结构和NPC-850具有相互连接、层状结构有利于离子从电解质扩散电荷储存提供了丰富的吸附被有效地提高。与前者不同的是这种现象表明900℃的高温浸洗处理（即酸洗处理）的颗粒存在。相比之下，酸洗后的酸洗处理确实可以使得自模板第三章鱼骨衍生的N-自掺杂多孔碳材料电容行为探究16，d）NPC-750，（e，f）NPC-800，（g，h）NPC-850；（k）NPCa-850，（l）NPC-850的TEM图像SEMimagesof(a)and(b)thefishbone,(c)and(d)NPC-750,(e)and(f)NPCnd(j)NPC-900,(k)TEMimagesofNPCa-850and(l)NPC鱼骨和制备的NPCs典型的多层结构。制备的NPCs经过高温碳化处（图3.2c-j）。与鱼骨的致密结构相比，NPC褶皱叠起的分层结构并布满了大量的中孔和微孔至NPC的内部空间，而布于其表面的中孔和微孔位点[80]。基于这两个特征，NPCs电极材料的电容性能可以，在NPC-900的表面上观察到大量碎片（会破坏NPC-900的分层结构。图3.2k表明，NPCa-850在TEM视野中可以观察到明显的羟基磷酸盐晶体NPC-850则没有观察到任何晶体结构（-羟基磷酸钙从碳骨架中完全去除，并留下丰富的孔隙结构和（i，j）NPC-900750,(e)and(f)NPC-800,(g)and850and(l)NPC-850的微观形貌。-750、NPC-800。这种褶皱则为图3.2i和j），未经过1MHCl图3.2l），说明。
【参考文献】：
期刊论文
[1]From interpenetrating polymer networks to hierarchical porous carbons for advanced supercapacitor electrodes[J]. Ling Miao,Xiaoyu Qian,Dazhang Zhu,Ting Chen,Guchuan Ping,Yaokang Lv,Wei Xiong,Yafei Liu,Lihua Gan,Mingxian Liu. Chinese Chemical Letters. 2019(07)
[2]生物质衍生碳材料的结构多样性及其在能量存储方面的应用（英文）[J]. 江丽丽,盛利志,范壮军. Science China Materials. 2018(02)
本文编号：3386726
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