【摘 要】
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随着社会经济的飞速发展,各类电子产品在人们的日常生活中已然不可或缺。超级电容器作为目前最主要的电化学储能器件之一,成为近年来储能领域的研究热点。电极材料是影响超级电容器性能最重要的因素之一。过渡金属氮化物(如TiN、VN等)作为超级电容器电极材料具有导电性较好、耐高温、耐腐蚀等诸多优势。将过渡金属氮化物与碳材料复合可进一步提升材料的电化学性能。本论文的主要目的是采用简便易行、环境友好的化学方法制备
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随着社会经济的飞速发展,各类电子产品在人们的日常生活中已然不可或缺。超级电容器作为目前最主要的电化学储能器件之一,成为近年来储能领域的研究热点。电极材料是影响超级电容器性能最重要的因素之一。过渡金属氮化物(如TiN、VN等)作为超级电容器电极材料具有导电性较好、耐高温、耐腐蚀等诸多优势。将过渡金属氮化物与碳材料复合可进一步提升材料的电化学性能。本论文的主要目的是采用简便易行、环境友好的化学方法制备得到TiN/C复合材料,并研究材料的组成、结构与电化学性能之间的关系。采用分散-煅烧两步法原位合成了TiN/C复合材料。在分散过程中,通过加入络合剂使得氮源和钛源相结合,将上述分散液离心即可得到固体前驱物,然后通过在氮气气氛中煅烧所得前驱物可原位制得TiN/C复合材料。TiN颗粒的尺寸约为10 nm,密集且均匀地分散在碳基底上。该复合材料具有较高的比表面积,最高可达198 m2 g-1。将其用作超级电容器的电极材料时,该材料在0.5 A g-1的电流密度下表现出159 F g-1的比电容,并且具有良好的倍率性能,其在20 A g-1的电流密度下比电容保持在96 F g-1。该合成方法操作简便、环境友好,为低成本、大规模合成过渡金属氮化物/碳复合材料提供了一种新的策略。通过溶剂热-煅烧两步法原位合成TiN/C复合材料,进一步提升了TiN/C复合材料的比表面积和电化学性能。首先采用溶剂热法合成了具有多孔结构、超高比表面积的NH2-MIL-125(Ti),并将其作为钛源。通过煅烧Ti-MOF和三聚氰胺的混合物原位制得了TiN/C复合材料,其中三聚氰胺受热分解产生的氨气为反应提供了必要的还原性气氛。得益于MOF材料的高比表面积,该复合材料蓬松多孔,其比表面积最高可达541 m2 g-1。将其用作超级电容器电极材料时,在0.5 A g-1的电流密度下其比电容最高可达217 F g-1。该工作为设计合成高比表面积的过渡金属氮化物/碳复合材料提供了一个新的思路。
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