【摘 要】
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本文以廉价易得的黄腐酸钾为碳前驱体制备多孔炭材料,并对其比表面积、孔径分布、表面化学性质和石墨化度等微结构参数进行调控。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、低温N2吸附、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等测试手段,对多孔炭材料的微结构进行系统表征,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。通过直接炭化黄腐酸钾制得多孔炭（FAKC-T）,该多孔炭具
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本文以廉价易得的黄腐酸钾为碳前驱体制备多孔炭材料,并对其比表面积、孔径分布、表面化学性质和石墨化度等微结构参数进行调控。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、低温N2吸附、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等测试手段,对多孔炭材料的微结构进行系统表征,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。通过直接炭化黄腐酸钾制得多孔炭（FAKC-T）,该多孔炭具有较大的比表面积,层次多孔结构和较高的杂原子含量（14.4～19.4 at.%）。含O基团从FAKC-700到FAKC-800的快速分解与中孔发育密切相关;N含量从FAKC-800到FAKC-900的显著降低对应于微孔孔容的显著增大。在水系电解液中,FAKC-800具有相对较大的比电容,主要归因于其适宜的杂原子含量和比表面积;FAKC-900由于具有较高的导电性和较低的杂原子含量,表现出优异的倍率性能,在两电极体系中的电容保持率高达82.1%(0.25-10 A g-1)。FAKC-900对水系电解液表面润湿性的提高归因于其更多的结构缺陷。在氩气/氢气(VAr/VH2=9:1)的混合气氛下对FAKC-700进行钝化处理,制得氢气辅助钝化多孔炭（FAKC-700-T）。氢气辅助钝化能够明显增大多孔炭的微孔孔容,提高比表面积,优化中孔率至合理区间;同时显著提升其石墨化度。由于明显的赝电容效应,FAKC-700-500、FAKC-700-600和FAKC-700-700在水系电解液中具有较高的比电容;FAKC-700-900具有优异的倍率性能,在两电极体系中的电容保持率高达80.4%(0.25-10 A g-1)。基于FAKC-700-900电极的超级电容器在有机体系中的能量/功率密度高达14.2 Wh kg-1/3889.4 W kg-1。FAKC-700-T电极对水系和有机电解液的表面润湿性由其结构缺陷和表面官能团共同决定。以氯化铁、氯化镍、氯化锰、氯化铵为改性剂对FAKC-900进行炭化改性,制得氯化物辅助改性多孔炭（FAKC-x）。氯化物辅助改性对FAKC-900多孔炭具有明显的活化造孔作用,能够显著提高其比表面积,并实现对中孔孔容/微孔孔容比率的精确调控。金属离子Fe3+、Ni2+、Mn2+对FAKC-900有明显的催化石墨化作用,所得多孔炭具有较高的石墨化度（ID/IG≈1.30）,氯化铵的存在也能提高其石墨化度。FAKC-Fe在两电极体系中的电容保持率高达82.4%(0.25-10 A g-1)。在有机电解液中,FAKC-Fe基超级电容器的能量密度和功率密度分别高达27.1 Wh kg-1和4906.2 W kg-1。图30幅,表12个,参考文献229篇。
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