氮掺杂多孔碳材料的制备及其NiMn LDH复合材料在超级电容器的应用
发布时间：2021-11-01 11:39
超级电容器是备受关注储能装置,它具有长寿命、高功率密度高,化学稳定性好,维护成本低等特点,当然,电极材料是超级电容器性能的重要决定因素。如今,由于多孔碳材料具有表面积高、导电性好、来源广和制备方法多样化等特点,这种电极材料已广泛应用于超级电容器。选择合适的制备方法和碳源,对于调控碳材料的结构尺寸和降低成本,具有重要意义。然而,传统的碳材料前驱体价格昂贵,用化学合成的方法会对环境造成严重影响,极大地阻碍碳基材料的在超级电容器方面的实际应用。因此,如今在科学领域中,研究廉价、环保、先进的电极材料已成为可再生能源领域的研究热点。（1）本论文的氮掺杂多孔碳材料LS-NCs以荷梗为碳源,通过KOH的活化作用制备而成,原料丰富,成本较低,制备过程绿色环保,是一种能够持续使用的生物质资源。所制备的LS-NCs中N-6和N-5的含量较高,氮原子的掺杂能够更有效改善多孔碳材料的导电性和湿润性能,再加上多孔碳材料具有相当大的比表面积1322 m2 g-1和特殊的微孔结构0.5nm,提供丰富的活性位点,这些优越的性能能够有效提高氮掺杂多孔碳材料的电化学性能,使其具...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)双电层电容器示意图(b)各种储能装置的功率和能量密度图
图 1.2 不同含氮前驱体制备氮掺杂石墨烯流程图F.g 1.2 Schematic diagram for the preparation of N-doped grapheme with different N bonding statesusing different N-containing precursors.1.3.2 含氮化合物湿法通过化学湿法路线制备的氮掺杂多功能碳材料，而后经过 HTC 或者煅烧，这种方法已经广泛应用于制备纳米晶体材料，例如 NNCFs， NCNTs 和 NG。
图 1.5 氮掺杂石墨烯的生长隔离技术的示意图Fig 1.5 Schematic illustration of the concurrent segregation technique for growing N-doped graphene在真空退火过程中，硼捕获的氮原子和镍捕获的碳原子都向镍表面扩散，并被分离成 NG。事实上，硼膜作为氮源载体，没有检测到硼原子掺杂到石墨烯片层结构中。使用转移复制的办法，NG 可以很容易地从生长基质中分离并转移到目标底物上。这种方法不仅能够更好的控制掺杂密度，而且在精确控制所需位置的固体掺杂剂以实现图案化掺杂方面具有潜在的优势。1.3.5 含氮化合物的活化含氮化合物的热解和化学活化是制备多孔纳米碳管的一种简单有效的方法。在这些方法中，通过优化碳化温度，所得多孔碳纳米管的孔隙率和电容量能够保持平衡。目前为止，许多含氮材料，例如 ILS[42]、生物质[43]、有机聚合物[44]和 MOFs[45]已经作为前驱体，用于制备具有不同纳米结构的 NCs。通过协同作用，把 ILS 和功能化的交联物质引入阳离子结构中。如图 1.5 所示，据 Dai 等人报道[42]，首次将含有一个或多个腈侧链([MCNIM]和[BCNIM])的咪唑 ILS 在常压下进行碳化，氮气气氛，通气速率为100 mL min-1，800℃条件下焙烧一小时，这种方法简单便捷，能够取得较高的收率，而且在制备过程中没有使用有害溶剂，环保可行。
【参考文献】：
博士论文
[1]介观结构碳基纳米材料的设计、制备及超级电容器性能[D]. 赵进.南京大学 2016
硕士论文
[1]掺氮石墨烯基复合电极材料及超级电容器的制备与性能研究[D]. 谢浩.南京大学 2016
[2]石墨相氮化碳复合材料的制备及光催化、超级电容性能的研究[D]. 罗建东.吉林大学 2016
本文编号：3470047
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)双电层电容器示意图(b)各种储能装置的功率和能量密度图
图 1.2 不同含氮前驱体制备氮掺杂石墨烯流程图F.g 1.2 Schematic diagram for the preparation of N-doped grapheme with different N bonding statesusing different N-containing precursors.1.3.2 含氮化合物湿法通过化学湿法路线制备的氮掺杂多功能碳材料，而后经过 HTC 或者煅烧，这种方法已经广泛应用于制备纳米晶体材料，例如 NNCFs， NCNTs 和 NG。
图 1.5 氮掺杂石墨烯的生长隔离技术的示意图Fig 1.5 Schematic illustration of the concurrent segregation technique for growing N-doped graphene在真空退火过程中，硼捕获的氮原子和镍捕获的碳原子都向镍表面扩散，并被分离成 NG。事实上，硼膜作为氮源载体，没有检测到硼原子掺杂到石墨烯片层结构中。使用转移复制的办法，NG 可以很容易地从生长基质中分离并转移到目标底物上。这种方法不仅能够更好的控制掺杂密度，而且在精确控制所需位置的固体掺杂剂以实现图案化掺杂方面具有潜在的优势。1.3.5 含氮化合物的活化含氮化合物的热解和化学活化是制备多孔纳米碳管的一种简单有效的方法。在这些方法中，通过优化碳化温度，所得多孔碳纳米管的孔隙率和电容量能够保持平衡。目前为止，许多含氮材料，例如 ILS[42]、生物质[43]、有机聚合物[44]和 MOFs[45]已经作为前驱体，用于制备具有不同纳米结构的 NCs。通过协同作用，把 ILS 和功能化的交联物质引入阳离子结构中。如图 1.5 所示，据 Dai 等人报道[42]，首次将含有一个或多个腈侧链([MCNIM]和[BCNIM])的咪唑 ILS 在常压下进行碳化，氮气气氛，通气速率为100 mL min-1，800℃条件下焙烧一小时，这种方法简单便捷，能够取得较高的收率，而且在制备过程中没有使用有害溶剂，环保可行。
【参考文献】：
博士论文
[1]介观结构碳基纳米材料的设计、制备及超级电容器性能[D]. 赵进.南京大学 2016
硕士论文
[1]掺氮石墨烯基复合电极材料及超级电容器的制备与性能研究[D]. 谢浩.南京大学 2016
[2]石墨相氮化碳复合材料的制备及光催化、超级电容性能的研究[D]. 罗建东.吉林大学 2016
本文编号：3470047
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