基于石墨相氮化碳二维复合材料的制备及其储能应用

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Melaniemei
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,传统不可再生化石能源的持续消耗已经引起了严重的环境问题并制约着经济发展。然而,太阳能、潮汐能和风能等依靠自然条件的可持续清洁能源受到了时间性、地域性和季节性等限制无法长期稳定的转化成电能。因此,迫切的需要开发出高效的储能器件实现可再生能源的持续性。在众多储能器件中,超级电容器因其快速的充放电速率、较高的能量和功率密度以及较长的循环寿命而越来越受到人们的关注。碳材料被认为是很有前景的工业化电极材料。其中,石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种具有二维类石墨相结构的碳材料,由于其结构稳定性好、独特的电子结构、环境友好、合成简单等特点,尤其是g-C3N4超高的含氮量,作为电极材料时能够提供更多的活性反应位点并且增强电极-电解液之间的润湿性,被认为是一种极具潜力的超级电容器的电极材料。因此,本文以g-C3N4为研究对象展开了如下研究;(1)采用热缩聚法分别在不同的温度下煅烧富氮前驱体三聚氰胺合成g-C3N4以研究煅烧温度对其结构与电化学性能的影响。结果表明,相较于其他煅烧温度,当煅烧温度为550℃时,得到的g-C3N4晶体结构最佳。将此温度下得到的g-C3N4作为电极材料,经过电化学测试,在3 mol/L KOH溶液中,5 m V/s的扫描速率下,g-C3N4的比电容为75.6 F g-1,并且以50 m V/s的扫描速率对其进行连续10000次的循环伏安测试,其比电容保留率为83.0%。(2)使用硫酸酸化g-C3N4以研究不同浓度的硫酸对g-C3N4的结构和电化学性能的影响。结果表明,在本实验的硫酸浓度梯度中,使用6 mol/L的硫酸酸化g-C3N4的效果最佳,过高的硫酸浓度会破坏g-C3N4的晶体结构影响其电化学性能。以6 mol/L的硫酸酸化后得到的g-C3N4(SCN)作为电极材料,经过电化学测试,在3 mol/L KOH电解液中,5 m V/s的扫描速率下,SCN的比电容为155.9 F g-1,并且以50 m V/s的扫描速率对其进行连续10000次的循环伏安测试,其比电容保留率为87.2%。(3)使用原位聚合法制备SCN/聚苯胺(SCN-PANI),发现网络状的PANI纤维成功生长在SCN片层结构的表面。经过电化学测试,在3 mol/L KOH电解液中,5 m V/s的扫描速率下,SCN-PANI的比电容为234 F g-1,明显高于SCN和g-C3N4,并且在50 m V/s的扫描速率下对其进行连续10000次的循环伏安测试,其比电容保留率为86.2%,与SCN相差不大。说明引入PANI粒子可以在不影响SCN电化学稳定性的前提下提高SCN的比电容。
其他文献
二维Mo S2薄膜是一种具有优异光电性能的半导体材料,在光电探测、光电转换以及光电传感等领域有着巨大的应用前景。目前Mo S2薄膜的光电应用主要受限于两点,一是难以实现Mo S2薄膜大规模、层数可控的制备,二是对不同层数Mo S2薄膜的光电性能还缺乏系统探究。本文利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺在蓝宝石上基底上探究二维Mo S2薄膜的生长机理和层数
学位
聚乙烯醇(PVA)海绵是一种在自然环境中可以生物降解的高分子材料,PVA分子链中含有大量的羟基以及PVA海绵本身的大孔结构赋予其优良的吸水性能。因此广泛应用在清洁、美容材料,功能医学材料,过滤吸附材料,缓冲吸液包装材料和生物载体材料等领域。此外,废弃的PVA海绵可完全自然降解,不会对环境造成污染问题。基于简化催化剂的制备工艺、可循环性以及解决4-硝基苯酚(4-NP)的环境污染问题,本文以PVA、甲
学位
MXene是一种典型的二维材料,其核心的特性有纳米级的层间距和丰富的表面基团,纳米级的层间距可以对离子/分子进行筛分或者传输,表面基团可以与其他物质进行功能化获得更优秀的物理化学性质。基于这些特性,本研究通过真空抽滤法在聚醚砜(PES)基底上沉积了微米级厚度的MXene纳米层状膜,采用电解质/膜/水系统和四电极体系对MXene膜进行电化学交流阻抗谱测试。结果发现,交流电场力作用下,MXene膜在离
学位
作为关联电子体系的典型代表,钙钛矿型锰氧氧化物薄膜由于其自旋、电荷、轨道和晶格之间的强相互作用,拥有众多新颖的磁效应、金属绝缘体转变、磁电阻效应等功能特性且易于调控,使其在高密度存储器、磁传感器、新型自旋电子学器件等领域展现出巨大的理论和应用价值。本文以La0.67Sr0.33Mn O3(LSMO)和La Mn O3(LMO)为研究对象,利用磁控溅射技术,分别在石英玻璃和(001)SrTiO3单晶
学位
投融资是企业生存和发展的重要活动。随着经济的快速发展,企业之间发生投资、并购和重组的现象日益增多。如何选择合适的投资对象、评估投资对象的企业价值尤为重要。企业价值评估方法较多,不同行业要选择适用的企业价值评估方法。精密仪器装备制造业是近年的投融资热点。基于现金流量折现法,以ID精密装备制造公司为案例进行研究,计算该公司的企业价值,并阐述企业价值评估理论和方法在实际操作中的适用性,以期为其他同一领域
期刊
锰氧化物由于其理论容量高、安全性好、热力学稳定性佳以及成本低等优点,被应用在超级电容器和其他储能器件中。然而,锰氧化物由于导电性差、结构稳定性不佳(体积变化大)等问题,应用受到一定限制。将其与导电材料(如导电聚合物、碳和石墨烯等)结合,构筑具有纳米结构的锰氧化物的复合物,并赋予其优秀的导电性及结构稳定性,被认为是有效的应对方法。由于可以为材料的形成提供限域空间,气-液界面反应是常用的制备纳米结构复
学位
为解决能源危机与环境问题,目前最有效的途径就是用清洁的氢能来取代传统的矿物燃料。通过电解水可以产生“绿色”的氢,反应时,只有水作为副产物形成。而电解水中的析氧反应速率低是限制电化学制氢的关键。Ru基和Ir基化合物是商用高性能OER催化剂的常用材料,然而,成本高、资源稀缺限制了其广泛应用。因此,在低成本的过渡金属中,Ni、Co、Fe、Mn等元素所形成的氧化物、氢氧化物在析氧催化反应方面展现了较好的动
学位
新型的重金属氧化物玻璃具有声子能量低、稀土溶解度高、化学稳定性好和机械强度高等特点,是优异的上转换发光材料,在光学温度传感、光学存储、光纤通讯等领域具有广阔的应用前景。然而该类玻璃不含网络形成体,其玻璃形成能力较差,在制备中容易形核析晶,因此无法采用传统的高温熔融法制备块体的重金属氧化物玻璃。气悬浮技术可以不与器壁接触、抑制了熔体异质形核、可以使熔体获得深过冷以及实现快速凝固,是获得传统有容器方法
学位
<正>随着社会的发展,生活、工作越来越离不开电子产品,使得人们长期伏案、不良姿势的维持时间越来越久,临床上筋伤患者的发病也出现年轻化趋势。生活中常遇到一些人,颈部后面有一个像肿块一样的包,从侧面看尤为明显,因其多见于体态丰盈者,常被认为和体型肥胖有关,故称之为"富贵包"。从侧面看椎骨的排列,人体脊柱存在四个生理弯曲。其中,颈椎有一个向前凸的弧形弯曲,胸椎则是向后凸的弧形弯曲。长时间低头、"葛优躺"
期刊
近年来,在世界能源危机问题的不断推动下,人们不断地开发各种用于节约能源的措施,热电发电作为一项极具发展潜力的措施之一,受到越来越多的研究者的关注。无机-有机复合材料的制备是提高有机材料热电性能的有效方法。在各种无机组分中,碳纳米管(CNT)由于高电荷传输特性、优良物理特性、轻量级特性,和易处理性而被认为是最受欢迎的填料之一。而有机半导体材料相对于一些无机材料来说,对环境的污染更小,且成本低、分布广
学位