氮掺杂多孔石墨烯气凝胶材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2021-09-08 09:13
可穿戴和便携式电子设备以及新能源汽车的发展极大的刺激了电化学装置的发展。尤其是在蓬勃发展的新能源汽车领域,更长里程、更高充电效率、更长使用寿命的用户体验要求电化学装置拥有更出色的储存和转换效率。鉴于电极材料是储能器件的关键环节,设计出新颖优越的电极材料一直是科研工作者的兴趣所在。本征石墨烯片层的堆叠严重削弱了其良好导电率、化学和热稳定性、超高比表面积的优秀特点,极大地打击了石墨烯的研发和应用。本文采用水热法,将氧化石墨烯组装成三维多孔石墨烯气凝胶的同时,利用水溶性的试剂将杂原子均匀的引入到石墨烯片层上,实现掺杂以达到提高其电化学性能的目的。1.以甲酰胺溶液为掺氮剂,水热条件下形成氮掺杂石墨烯水凝胶,冷冻干燥后炭化获得其气凝胶（NGAs）。调整甲酰胺与氧化石墨烯溶液的体积比获得不同掺氮量和孔洞结构的材料。以NGAs为活性物质组装成锂离子负极半电池并借助多种手段探究其性能表现。分析表明,NGAs-2具有更高的比容量（0.1 A g-1时初始放电比容量达到1653.5 mAh g-1,即使经过100个循环,其可逆比容量仍能达到534.8 mAhg-1）、良好的倍率性能（5.0 A g-1时为...
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１半电池组装示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ?ｏｆ?ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ?ｈａｌｆ－ｃｅｌｌｓ??
４０分钟至均匀后倒入１００?ｍｌ反??应釜，放入预先加热到１８０°Ｃ的恒温千燥箱中，等待重新升至１８０°Ｃ后计时维持??１２?ｈ后取出。自然冷却至室温后取出于去离子水中浸泡除去未反应完全的反应??物。后取出冷冻干燥即得氮掺杂多孔石墨烯气凝胶（ＮＧＡｓ）。将之放入管式炭化??炉中，于Ｎ２氛围下８００°Ｃ恒温２ｈ，所设升温速率为５°Ｃ?ｍｉｉｒ１。为简化名称以所??加甲酰胺体积不同分别命名为ＮＧＡｓ－１６、ＮＧＡｓ－８、ＮＧＡｓ－４、ＮＧＡｓ－２、ＧＡｓ?（即??ｘ＝０时）、。制备流程如图３－１所不。??歐鶴’邊苷一??图３－１?ＧＡ与ＴＧＡｓ的制备示意图??Ｆｉｇ．３－１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＧＡｓ?ａｎｄ?ＮＧＡｓ??３．３实验结果及讨论??３．３．１?ＧＡｓ和ＮＧＡｓ－ｘ的形貌分析??氧化石墨烯水溶液经由水热处理能够形成具有三维立体结构的石墨烯气凝??胶，为了确定石墨烯片层以及三维结构的存在，对所制样品进行ＳＥＭ表征。图??３－２为氮掺杂多孔石墨烯气凝胶（ＮＧＡｓ＿ｘ）以及ＧＡｓ的电镜图。从所有图中均??能观察到石墨烯片层的存在，大量褶皱和不同程度的孔洞结构遍布石墨烯片层。??２１??
?第三章氮掺杂多孔石墨烯气凝胶的制备及其电化学性能研宄???原反应能够提供赝电容；３，电解液中的锂离子穿过隔膜迁移到电极表面通过插??层反应进入石墨烯类材料晶格中从而提供电容。因此，双电层储能、赝电容储能??以及插层反应共同构成其储能机理。图３－３?（ｂ）为ＮＧＡｓ－２在不同扫描速率下的??ＣＶ曲线，从图中可以看出，尽管扫描速率不断增大，曲线形状维持较好，这暗??示材料具有较好的倍率性能。此外，扫速增大的情况下，插层反应的实现借助于??＝：访｜?Ｈ?（ｂ）?ＮＧＡｓ－２??－ｒ?１－°：?＾?１??ＢＹ?ｉ：Ｖ＾??２５．?／?＂６＇?Ｋ?——２０ｍＶ／ｓ??——５０ｍＶ／ｓ??＿〇?ｎ???．?＿〇．??０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０?０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０??Ｐｏｔｅｎｔｉａ丨（Ｖ?ｖｓ?Ｌｉ／Ｌｉ’?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ（Ｖ?ｖｓ?Ｌｉ／Ｌｉ＋）??图３－３?（ａ）?ＧＡｓ与ＮＧＡｓ－ｘ在２?ｍＶ?ｓ－１扫描速率下的ＣＶ曲线图；（ｂ）?ＮＧＡｓ－２在不??同扫描速率下的ＣＶ曲线图??Ｆｉｇ．?３－３?（ａ）?ＣＶ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ＧＡｓ?ａｎｄ?ＮＧＡｓ－ｘ?ａｔ?ａ?ｓｃａｎ?ｒａｔｅ?ｏｆ?２?ｍＶ?ｓ＂１；?（ｂ）?ＣＶ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ??ＮＧＡｓ－２?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｃａｎ?ｒａｔｅ??锂离子进入材料晶格需要改变原有晶格形态，故而其反应速率较慢且可逆性弱于??赝电容储能及双电层储能，因此其曲线性状较之低扫速下更接近规整矩形。??图３－４?（ａ）为ＧＡｓ与ＮＧＡｓ－ｘ在０．１?Ａｇ＿］电流密度
【参考文献】：
博士论文
[1]三维纳米多孔石墨烯基复合材料的可控合成及其超电容性能研究[D]. 秦凯强.天津大学 2017
硕士论文
[1]基于石墨烯基炭气凝胶的锂离子电容器研究[D]. 樊强.北京化工大学 2016
本文编号：3390523
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１半电池组装示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ?ｏｆ?ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ?ｈａｌｆ－ｃｅｌｌｓ??
４０分钟至均匀后倒入１００?ｍｌ反??应釜，放入预先加热到１８０°Ｃ的恒温千燥箱中，等待重新升至１８０°Ｃ后计时维持??１２?ｈ后取出。自然冷却至室温后取出于去离子水中浸泡除去未反应完全的反应??物。后取出冷冻干燥即得氮掺杂多孔石墨烯气凝胶（ＮＧＡｓ）。将之放入管式炭化??炉中，于Ｎ２氛围下８００°Ｃ恒温２ｈ，所设升温速率为５°Ｃ?ｍｉｉｒ１。为简化名称以所??加甲酰胺体积不同分别命名为ＮＧＡｓ－１６、ＮＧＡｓ－８、ＮＧＡｓ－４、ＮＧＡｓ－２、ＧＡｓ?（即??ｘ＝０时）、。制备流程如图３－１所不。??歐鶴’邊苷一??图３－１?ＧＡ与ＴＧＡｓ的制备示意图??Ｆｉｇ．３－１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＧＡｓ?ａｎｄ?ＮＧＡｓ??３．３实验结果及讨论??３．３．１?ＧＡｓ和ＮＧＡｓ－ｘ的形貌分析??氧化石墨烯水溶液经由水热处理能够形成具有三维立体结构的石墨烯气凝??胶，为了确定石墨烯片层以及三维结构的存在，对所制样品进行ＳＥＭ表征。图??３－２为氮掺杂多孔石墨烯气凝胶（ＮＧＡｓ＿ｘ）以及ＧＡｓ的电镜图。从所有图中均??能观察到石墨烯片层的存在，大量褶皱和不同程度的孔洞结构遍布石墨烯片层。??２１??
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【参考文献】：
博士论文
[1]三维纳米多孔石墨烯基复合材料的可控合成及其超电容性能研究[D]. 秦凯强.天津大学 2017
硕士论文
[1]基于石墨烯基炭气凝胶的锂离子电容器研究[D]. 樊强.北京化工大学 2016
本文编号：3390523
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