铝基MOF衍生的氮掺杂多孔碳的制备及其电化学性能研究
发布时间：2022-02-15 09:41
近年来,能源紧缺与环境污染问题的日益严峻使得新能源的开发与利用越来越受到大众的重视。超级电容器和锂电池等新型能源储存装置在新能源开发过程中具有重要作用。超级电容器处于传统电容器与锂离子二次电池之间以其高功率和长寿命等优点在储能领域应用前景十分广泛。电极材料是影响超级电容器电化学性能的关键与核心因素。本文针对现有多孔碳材料孔隙结构不合理、比表面小、界面接触性差、比电容低等问题,采用MOF前驱体材料碳化热解移去官能团形成分级多孔结构和氮元素掺杂改善碳骨架性能的方式来制备新型超级电容特性的多孔碳材料。本论文主要研究内容包括:铝基MOF衍生多孔碳的制备、活化氮掺杂多孔碳材料的制备以及一步法合成双氮源管状多孔碳（DNPC）三部分。具体内容如下:（1）本论文首先以九水合硝酸铝(Al（NO3）3·9H2O和均苯三甲酸为原料通过水热法合成铝基MOF前驱体（Al-MOF）并在氮气气氛中热解得到具有均匀形貌和特定孔结构的多孔碳材料（PC）。本章节主要研究了合成过程不同反应物比例、水热温度和反应时间以及热解过程的时间和温度对Al-MOF形貌结构以及多孔碳电化学性能的影响。将反应物以1:1投入,在160℃下反...
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１结构示意图＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?［１９］??
?第一章绪论???Ａ?Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｌａｖｅｒ?????■?〇？Ｇ＞??〇偏??Ｐ；ｆｌｖ?？〇??＾?＇＾＾！〇！?Ｓｏ＾ｔ?ｍｏｄｕｌｅｓ?＾??Ｃｈａｒｇｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?■?＿?｜〇?？??ａ?；??ｗｙ?＼??ｉｎｎｅｒ?Ｈｄｍｈｏｕｓｔｔｆｆａｃｅ?〇ｕ？?Ｈｅｌｍｈｏｔｚ?ｓｕｒｆａｃｅ??图１．２电荷储存原理图ＰＩ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ｓｔｏｒａｇｅ【２２１??１．２．２超级电容器种类??根据超级电容器的储能机理和电池结构差异可以对其分类：双电层电容器，??赝电容型电容器，混合型超级电容器。根据电解液的类型差异可以分为：水系和??非水系超级电容器。??双电层类型的超级电容器主要依靠物理吸附电解液离子来储存电荷，充放电??过程不涉及赝电容反应；涉及的材料主要是多孔碳材料，双电层电容器的电化学??性能主要与多孔碳材料的比表面积、孔体积、孔径分布、材料表面润湿性有关。??赝电容型电容器主要依靠电极材料或者电解液离子在充电过程中发生得失电子??的赝电容反应来储存电荷［２４］。赝电容型电容器主要涉及的材料有导电聚合物、??金属化合物（氧化物、硫化物、氮化物）等等［２５］。混合型电容器结合了上述两??种电容器的优点，将能够提供赝电容反应的电极与双电层电极分别作为超级电容??器的电极，它们可以利用电位差（两种类型的电极之间）来增加电池总电压，使??电容器同时具有多孔碳材料的良好倍率性能同时具有赝电容反应所提供的较高??的比容量［２６］。??３??
?北京化工大学硕士学位论文???Ｓｕｐ？＃ｃａｐ？ｅ？？ｆ？??＇．「ｉ－］…＿±Ｚ：＾ｐ十］－一．＿??＿?一《—?：｜５??ｚｉＩ＝Ｆｙ：＇．?１＇?了斤〒〒：－「■??Ａｃ＊ｆ／８＊ａ＜Ｊ?ｃａｔｔｏａｎ?Ｃｗｆａｏｎ?ｔｗｎｏｔｔｊｆｃｅｓ?Ｇ？９（＾ｅｎｅ?＾＾１８＊?＾０＊??图１．３超级电容器分类图［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ｌ２７】??１．３超级电容器电极材料研究进展??碳材料作为应用最广泛最有前景的一种电极材料，除了传统的超级活性炭、??石墨烯、碳纳米管，目前一些新型材料如金属有机框架材料，杂原子掺杂、复合??材料逐渐成为了新的研究热点。??多孔碳电化学性能受多种因素影响，如：（１）多孔碳的比表面积和孔径分布??特性决定了多孔碳材料能吸附离子的数量。多孔碳的吸附能力与比表面积并不是??绝对的正比因为只有有效的比表面积才能吸附离子储存电荷。微孔主要用来储存??电荷，介孔结构有利于离子转移，大孔则用来储存电解液为电极反应及时补充离??子。建立分级多孔结构的多孔碳材料有利于增加电解液与材料的充分接触增加孔??隙利用率［２８？］。（２）电极材料表面的电子特性和亲水性对电极与电解液之间能否??充分接触浸润有密切关系［３１］；为了增加材料表面的浸润性可以通过对材料表面??进行掺杂改性（如氮、硫、磷等元素的掺杂）。（３）氮含量，对于氮掺杂类的多??孔碳除了物理吸附提供的双电层电容还有氮元素提供的赝电容同时氮元素对于??改善材料导电性浸润性都有一定的积极作用。（４）不同材料特性不同单独用作电??极材料往往不能满足实
本文编号：3626396
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１结构示意图＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?［１９］??
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