多孔壁石墨纳米笼合成及其在超级电容器中应用

发布时间：2017-08-08 02:21

  本文关键词：多孔壁石墨纳米笼合成及其在超级电容器中应用

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【摘要】：用于超级电容电池电极的碳材料需要超高的比表面积来提供比电容,高石墨化程度提高电极的使用寿命,抗腐蚀能力,但是一个碳纳米材料样品难以在同时具有高石墨化和超高比表面积性能。针对上述问题,本研究提出一种新型多孔石墨的制备方法：具有多孔壁结构的石墨纳米笼通过部分去除植入石墨层碳原子间的掺杂模版获得。首先通过热裂解制备得到炭包铁核壳结构前驱体。在石墨纳米笼的石墨外壳通过热裂解制备的同时,引入掺杂原子部分置换掉碳原子形成掺杂结构。前驱体经过盐酸酸洗除铁得到掺杂石墨纳米笼。通过空气氧化部分除去掺杂模版开孔,多孔壁结构的石墨纳米笼被制备出来。石墨纳米笼的比表面积与介孔孔容大幅提高(890 vs. 620 m2 g-1;1.91 vs. 1.01 cm3 g-1)导致当充放电电流密度为0.1 A g-1时,以该材料比电容由开空前297 F g-1上升到355 Fg-1。说明掺杂模版移除开孔法是一种有效制备超级电容器高性能电极材料的手段。
【关键词】：碳材料 石墨化 掺杂 超级电容器 电化学
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 超级电容器概述9-13
• 1.1.1 超级电容器的储能原理9-11
• 1.1.2 超级电容器的特点11-12
• 1.1.3 超级电容器的应用12-13
• 1.1.4 超级电容器的发展13
• 1.2 碳材料在超级电容器中的应用13-22
• 1.2.1 零维碳材料在超级电容器中的应用16-18
• 1.2.2 一维碳材料在超级电容器中的应用18-20
• 1.2.3 二维碳材料在超级电容器中的应用20-22
• 1.3 本课题研究的意义22-23
• 1.4 本课题的研究内容23-24
• 1.4.1 制备含特定掺杂结构的石墨纳米笼23
• 1.4.2 制备超高比表面积多孔壁石墨纳米笼23
• 1.4.3 多孔壁石墨纳米笼作为超级电容器电极材料的研究23-24
• 第2章 实验药品仪器和实验测试方法24-30
• 2.1 实验药品和仪器设备24-26
• 2.1.1 实验药品24-25
• 2.1.2 仪器设备25-26
• 2.2 实验测试方法26-30
• 2.2.1 材料的结构与形貌表征26-27
• 2.2.2 电化学表征27-30
• 第3章 多孔壁石墨纳米笼的制备30-39
• 3.1 前言30-31
• 3.2 实验部分31
• 3.2.1 多孔壁石墨纳米笼前驱体的合成31
• 3.2.2 硫掺杂石墨纳米笼的制备31
• 3.2.3 高比表面积多孔壁石墨纳米笼的制备31
• 3.3 实验结果与分析31-38
• 3.3.1 XRD与TEM表征31-33
• 3.3.2 SEM表征33-34
• 3.3.3 XPS及氮吸附/脱附表征34-37
• 3.3.4 多孔壁石墨纳米形成机理分析37-38
• 3.4 本章结论38-39
• 第4章 多孔壁石墨纳米笼的电化学性能表征39-51
• 4.1 前言39
• 4.2 实验部分39-40
• 4.2.1 电极制备39
• 4.2.2 扣式超级电容器的组装39-40
• 4.2.3 电化学测试40
• 4.3 实验结果与分析40-50
• 4.3.1 未开孔的硫掺杂石墨纳米笼的电化学性能表征40-43
• 4.3.2 多孔壁石墨纳米笼的电化学性能表征43-47
• 4.3.3 扣式超级电容器的电化学性能表征47-50
• 4.4 本章结论50-51
• 第5章 结论51-52
• 参考文献52-57
• 致谢57-58
• 硕士期间发表的论文58
• 硕士期间申请的专利58

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本文编号：637826