【摘 要】
：
随着气候变化日益严峻,国家“双碳”政策的实施,减少石油等化石燃料的消耗是各个行业必须面临的问题。开发可持续能源被认为是解决问题的有效策略。由于超级电容器具有瞬间的电荷存储和输出,较高的能量密度以及优秀的长循环寿命,受到了人们广泛的关注。随着人们对超级电容器性能要求越来越高,开发性能更为优异、能量密度更高的混合型超级电容器成为当今研究的重点。作为混合型超级电容器的重要组成部分,电极材料对混合型超级电
论文部分内容阅读
随着气候变化日益严峻,国家“双碳”政策的实施,减少石油等化石燃料的消耗是各个行业必须面临的问题。开发可持续能源被认为是解决问题的有效策略。由于超级电容器具有瞬间的电荷存储和输出,较高的能量密度以及优秀的长循环寿命,受到了人们广泛的关注。随着人们对超级电容器性能要求越来越高,开发性能更为优异、能量密度更高的混合型超级电容器成为当今研究的重点。作为混合型超级电容器的重要组成部分,电极材料对混合型超级电容器的性能起着极其重要的作用。在本论文中,我们采用聚合反应以及后续的煅烧处理制备了均匀分散的N、S共掺杂亚微球结构的多孔碳材料（NSC）。以NSC为基底,在其表面负载一系列功能纳米材料,包括Ni2P超薄纳米片,Fe2O3纳米粒子以及磷酸根修饰的CoS纳米粒子。同时,以NSC及其复合材料为电极,构筑了NSC//NSC、NSC/Ni2P//NSC、P-NSC/CoS//NSC/Fe2O3超级电容器器件,并系统的研究了各种电极及器件的电化学性能,主要研究内容如下:1.采用一种简便的两步法合成出N、S共掺杂的多孔碳亚微球（NSC）。由于NSC亚微球表面丰富的杂原子掺杂以及大量的亚纳米孔（＜1 nm）,所制备的NSC电极在1 A g-1电流密度下表现出254.8 F g-1的电化学电容,并且10000次循环后比电容未发生衰减。我们以NSC为电极,构筑了对称型超级电容器,并且研究了其在碱性和中性电解质下的电化学性能。在6 M KOH电解质中,NSC//NSC器件在443.3 W kg-1的功率密度下能量密度达到8.3 Wh kg-1。以1 M Na2SO4为电解质,NSC//NSC在功率密度为674.1 W kg-1时具有高达20.9 Wh kg-1的优异能量密度。这项研究表明,NSC亚微米球为对称型超级电容器的构筑提供了可行的思路。2.以NSC亚微球为基底,采用一步溶剂热法在其表面原位生长碱式碳酸镍（NCH）纳米片,再通过热磷化进一步处理使其转化为NSC/Ni2P复合材料。获得的NSC/Ni2P复合材料具有较高的电化学性能,在1 A g-1的电流密度下拥有819C g-1的电化学容量,在10 A g-1电流密度下10000次循环后电化学容量保持率为83.2%。此外,我们以NSC亚微球为负极,NSC/Ni2P复合材料为正极组装了NSC/Ni2P//NSC混合超级电容器器件。该器件在757 W kg-1的功率密度下具有51.3 Wh kg-1的最大能量密度。并且在5 A g-1电流密度下10000次循环后,电容保持率为82.4%。由此说明NSC/Ni2P复合材料在混合超级电容器领域具有一定的应用前景。3.采用一步溶剂热法在NSC亚微球表面生长CoS纳米粒子,经热磷化处理获得了NSC负载的磷酸根修饰CoS纳米粒子（P-NSC/CoS）复合材料。研究表明,磷酸根修饰可显著提高NSC/CoS复合材料的电化学性能。作为超级电容器正极材料,P-NSC/CoS复合材料在1 A g-1的电流密度下具有436.5 C g-1的电化学容量,在10000次循环后容量保持率为91.5%。此外,以NSC亚微球为载体,通过一步溶剂热法以及后续的退火处理制备了NSC负载的Fe2O3纳米粒子（NSC/Fe2O3）复合材料,Fe2O3纳米粒子的粒径仅为几纳米。作为超级电容器负极材料,NSC/Fe2O3复合材料1 A g-1时具有433 F g-1的单位比电容,且在10000次循环后电容保持率为初始的100.6%。最为重要的是,以P-NSC/CoS复合材料为正极,NSC/Fe2O3为负极,构筑的混合超级电容器在873.6 W kg-1时具有64.3Wh kg-1的优异能量密度,充放电循环10000次电容保持率为94.2%。由此可见,获得的NSC/Fe2O3、P-NSC/CoS复合材料在能源存储领域具有潜在的应用价值。
其他文献
农药是增加产品产量、提高产品质量的重要农业生产资料,但具有危害作用的农药残留会通过生物富集等途径在人体内形成累积,严重威胁人民身体健康。因此,开发简便、有效、低成本的农药残留检测方法和技术对保障老百姓餐桌上的安全和生命健康具有重要意义。基于纳米酶催化的分析传感技术具有成本低、稳定性高、输出信号便于分析等优点,在分析检测领域备受关注。本文通过对具有类酶催化活性的纳米材料进行合理设计,构建了多种基于纳
黄曲霉毒素是一类具有强烈生物毒性的化学物质,主要由黄曲霉菌和寄生曲霉菌等霉菌产生,广泛存在于霉变农产品,其中尤以黄曲霉毒素B1（AFB1）毒性强、危害广。由于脂肪含量高、生长环境适宜,玉米是AFB1污染高发区,而实现AFB1精准、快速分析可为其霉变预警与质控提供技术支撑。现有AFB1检测方法各有优缺点,其中色谱-质谱联用法精准、可靠,但依赖于精密仪器与专业操作人员;酶联免疫分析法检测速度快,但易出
石油焦是渣油焦化后的产物,作为石油炼化企业的重要产品之一,被广泛应用于冶金和化工等领域。石油焦的应用价值与本身含硫量有关,硫含量≥3 wt.%的高硫石油焦（HSPC）为固体废弃物;低硫石油焦（硫含量＜3 wt.%）由于高含碳量被广泛用于制备电解铝预焙阳极和碳素用品。因此,降低废弃物高硫石油焦中的硫含量使其达到低硫标准,实现变废为宝,成为石油化工领域研究热点之一。高硫石油焦中的硫元素主要存在形式为噻
工业革命的发展给人类带来了高科技的产品的同时,生产过程中排放的CO2量也在逐年的增加。温室气体CO2的过度排放带来的全球温室效应和气候变化剧烈已经危害到人类的生存,解决CO2的过度排放的措施主要从两个方面出发。第一,优化能源方式,使用可持续新能源取代传统的化石燃料能源,目前新能源的开发确实发展迅速,但是想要完全取代传统化石燃料仍然任重道远。第二,将CO2转换为其他更有价值的化学品,自然界中绿色植物
氢能作为清洁燃烧的可再生能源成为最具竞争力的绿色能源之一。目前,电催化分解水作为一种很有前途的制氢方式受到了广泛关注,其包括析氧反应（OER）和析氢反应（HER）。为克服电化学反应势垒,这两个反应都需要额外的过电位供给,因此开发降低过电位、促进反应进行的电催化剂对于提高电催化分解水制氢效率是非常重要的。目前,钌基和铱基等贵金属电催化剂的活性高,然而,它们的稀缺性和高昂成本限制了其广泛应用。因此设计
化石燃料等不可再生能源的过度开发利用,为生物生存活动的自然环境带来了不可估量的恶劣影响。未来几十年,从能源格局的演变出发,使用新的清洁能源替代传统能源是限制和减少温室气体排放、缓解全球气候变化的主要发展趋势。清洁、无碳排放的氢能循环是能源领域的重大突破,特别是地球上丰富的水资源确保了电催化水分解技术生产氢气的可持续性。其中,碱性水电解相对于酸性水电解在大规模和低成本制氢方面表现出明显优势,从而展现
光催化CO2转换利用太阳能将CO2转化为高附加值的化学原料和燃料,被认为是解决能源危机和环境问题最理想的技术。石墨相氮化碳（g-C3N4）作为一种典型的共轭聚合物,因独特的共轭结构、低成本、制备简单、可见光响应等优势,成为目前最有吸引力与发展前景的光催化剂。但是,g-C3N4内部激子效应严重、电子-空穴对难以分离以及CO2吸附能力差等缺点极大的限制了其光催化活性。针对以上问题,本论文基于含缺陷结构
燃油在日常生活中扮演着非常重要的角色。但燃油中含较多硫化物,燃烧后会产生大量硫氧化物（SOx）气体。作为主要的大气污染源,SOx严重地威胁着人类的生存环境。工业上,加氢脱硫可以有效去除燃油中的脂肪族和脂肪环族硫化物。但因为二苯并噻吩及其衍生物的芳香性和空间位阻特性,加氢脱硫很难将其完全除去。在众多的非加氢脱硫技术中,氧化脱硫技术因高效且低成本受到了广泛关注。其中,萃取耦合催化氧化脱硫最为突出,其过
近年来,随着人类的社会的高速发展,大量传统能源的被消耗,工业化更是导致了全球对能源需求的增加。如何将能源高效率利用以及无污染的能源开发利用仍然是现阶段一个最主要的任务。直接醇类燃料电池作为新一代能源转换装置,其能量密度以及循环稳定性需要进一步提升。甲醇（乙醇）氧化过程作为直接甲醇（乙醇）燃料电池工作的一个重要环节,其阳极催化剂的选择尤为重要。在本论文中,我们尝试设计出成本更低、稳定性更好、性能更高
近年来,随着清洁能源发展进程的不断加快,高效、低成本、无污染的薄膜光伏吸收材料受到了广泛的关注。硒化锑（Sb2Se3）是一种具有优异光电性能的光伏材料,作为一种潜在的吸光半导体引起了广泛的关注。Sb2Se3对可见光具有高吸收系数(＞10~5cm-1),且带隙（在1.1-1.3 e V内）较窄,非常适合制造成高效、稳定的薄膜光伏材料。然而,目前Sb2Se3的效率仍远未达到其预测的理论光电转化效率。应