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超级电容器在电能储存设备的领域中已经被广泛地研究。多孔碳材料具有比表面积大,导电性能好,循环稳定性高,廉价易得等特点,成为最具工业应用前景的双电层电容器电极材料。氮掺杂碳材料的可控合成,能促进碳材料本身的导电性和浸润性,材料表面的含氮氧基团由于氧化还原反应会产生赝电容,因此能够改善材料的电容性能。 1.使用水热法合成了直径为160~180 nm的Cu2O@PolyPyrrole(Cu2O@PPy)核壳纳米线前驱体,之后通过氨水的处理及不同温度下热解分别制备出聚吡咯纳米带(Polypyrrole Nanobelts,PPy-NBs)和氮含量超高的碳纳米材料,记为N-CNB7、N-CNB8和N-C9。样品形貌及结构的表征说明N-CNB7和N-CNB8中仍能保持一部分的纳米带,宽度大致为150 nm,然而当热解温度升高时活性材料中纳米带的含量变少;氮气吸附-脱附曲线结果表明N-CNB7、N-CNB8和N-C9的比表面积分别为348.62 m2/g、203.96 m2/g和49.31 m2/g; XPS结果表明N-CNB7和N-CNB8具有超高的氮含量,分别为15.9%和16.8%,这将大大提高活性材料的导电性和赝电容,其中N-CNB8的浸润性最好,而N-C9表现得最差。样品电化学测试表明N-CNB8的电化学性能最好,在0.2 A/g下其比电容为476 F/g,7A/g下循环20000次其比电容的保持率为92.2%;当以2 mol/L KOH为电解液时,N-CNB8在0.2 A/g的电流密度下的比电容高达465 F/g。 2.通过溶剂热法合成直径150 nm左右的Se@poly(2-methoxy-5-nitroaniline)(Se@PMNA)核壳纳米线前驱体,之后在不同温度下热解制备出氮氧共掺杂碳纳米带,分别记为N-O-CNB7、N-O-CNB8和N-O-CNB9。样品热解前后形貌的表征说明三个样品的纳米带宽度分布基本一致,为120~160 nm,并且都表现出高度有序地平行排列,但是当热解温度升高时纳米带之间的排列会变得更紧密;氮气吸附-脱附曲线结果表明N-O-CNB7、N-O-CNB8和N-O-CNB9的比表面积分别为392.88 m2/g、446.34 m2/g和217.86 m2/g; XPS测试表明三个样品均具有较高的氮氧含量,N-O-CNB7、N-O-CNB8和N-O-CNB9的氮含量分别为6.16%、7.94%和3.56%,氧含量分别为4.84%、6.43%和2.49%;接触角测试结果表明氮和氧的掺入有效地提高了活性材料的浸润性,其中N-O-CNB8的浸润性最好。通过电化学测试结果可知,N-O-CNB8的双电层电容最大,2 mV/s和0.5 A/g下的比电容分别为280.54 F/g和248.17 F/g,在5A/g的电流密度下经过20000次循环比电容仍保持88.9%。