【摘 要】
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氮掺杂多孔炭材料在电化学储能体系中的应用十分广泛,因其缺陷和良好的导电性,而具有成为碱金属离子电池负极材料的潜力,同时具备多孔和比表面大的特点,使其在超级电容器领域也受到广泛关注。为了应用在不同的体系,研究工艺简单、条件易控的制备过程是十分必要的。本论文以对苯二胺和硝酸铁为原料,通过简单的方法制得前驱体后,经过炭化和酸洗得到了一种氮掺杂多孔炭材料。研究了温度对于多孔炭结构、形貌等的影响,进而确定合
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氮掺杂多孔炭材料在电化学储能体系中的应用十分广泛,因其缺陷和良好的导电性,而具有成为碱金属离子电池负极材料的潜力,同时具备多孔和比表面大的特点,使其在超级电容器领域也受到广泛关注。为了应用在不同的体系,研究工艺简单、条件易控的制备过程是十分必要的。本论文以对苯二胺和硝酸铁为原料,通过简单的方法制得前驱体后,经过炭化和酸洗得到了一种氮掺杂多孔炭材料。研究了温度对于多孔炭结构、形貌等的影响,进而确定合适的制备条件,通过调控炭化温度使制备的材料成为锂/钠离子电池和超级电容器的优良电极材料。前驱体在不同温度炭化、酸洗后得到的炭材料是一种无定形炭,它呈现出孔隙发达的片层堆叠结构,比表面积最高可达526 m~2g-1。随着炭化温度从500℃升到900℃,材料的有序程度提升,当温度升高到900℃时,孔收缩使得材料更加致密。在保持原料加入比例、室温反应时间等条件不变,用做锂电负极时,经过700℃炭化得到的材料NPC-700电化学性能相对优异,在1 A g-1时,循环100圈仍具有365 m Ah g-1的比容量。用作钠电负极时,NPC-500在小电流密度下显示出更高的比容量和循环稳定性,电流密度为0.1 A g-1时,首次放电比容量可达到245 m Ah g-1;而NPC-700显示出较好的倍率性能,对其施加10 A g-1的电流密度时可逆容量达到60 m Ah g-1。用作三电极超级电容器电极材料时,NPC-600具有比较良好的电化学性能,电流密度为0.5 A g-1时,比电容高达194.04 F g-1;电流密度提升到10 A g-1时,NPC-700的比电容是最高的,放电10000圈之后仍然具有169.92 F g-1的比电容。
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