氮掺杂碳纳米片的制备及其储钠性能研究

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1、学校代码10530学号201510121249分类号TB34密级硕士学位论文氮掺杂碳纳米片的制备及其储钠性能研究学位申请人贾正宝指导教师杨利文（教授）学院名称物理与光电工程学院学科专业光学工程研究方向能量转换与存储材料二零一八年六月十日Preparationandsodiumstorageperformancestudiesofnitrogen-dopedcarbonnanosheetCandidateZhengbaoJiaSupervisorProfessorLiwenYangCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramO

2、pticalengineeringSpecializationEnergyconversionandstoragematerialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversitythDateJune10,2018湘潭大学硕士学位论文摘要化石燃料的过度开发和日益严重的环境污染问题使得人们对储能装置的要求越来越高。由于钠资源丰富、价格低廉等优点，钠离子电池在大规模储能方面具有很大的潜力。然而由于钠离子较大的半径，钠离子电池对负极材料的要求很高，因此开发具有优异储钠性能的负极材料显得至关重要。碳纳米材料由于导电性好、稳定

3、性好、循环寿命长等优点，有着广阔的研究空间和研究价值，是一种很有潜力的负极材料。本文以氮掺杂碳纳米片为研究对象，探索其制备方法，并将制备出来的氮掺杂碳纳米片组装成扣式电池进行储钠性能研究。主要研究结果如下：采用NaCl作模板、葡萄糖和尿素分别作碳源和氮源、KOH作活化剂，通过高温固相热解法一步合成了一种氮掺杂碳纳米片。通过结构和成分表征，这种碳材料呈现多孔结构，其N含量约为5.55%。这种结构的碳材料很好地抑制了自身的团聚，为钠离子的存储提供了更多的活性位点。由于这些特点，这种氮掺杂碳-1材料在作为钠离子电池负极材料时，在0.1Ag的电流密度下循环100次后，具-1-1有1

4、95mAhg的容量；在0.5Ag的电流密度下循环400次后，容量保持率高-1-1达94.2%。特别地，在10Ag的大电流密度下，其放电比容量依然有108mAhg。变扫描速率循环伏安分析表明，这种材料具有较为显著的电容性电荷存储效应，从而展现良好的电化学储钠性能。研究结果表明制备的氮掺杂碳纳米片在钠离子电池负极方面具有良好的应用潜力。关键词：钠离子电池；负极材料；碳材料；纳米片；氮掺杂I湘潭大学硕士学位论文AbstractTherequirementforenergystoragedevicesbecomesincreasinglyhighduetotheexcessivee

5、xploitationoffossilfuelsandseriousenvironmentalpollution.Sodiumionbatteries(SIBs)havegreatpotentialinlarge-scaleenergystorageowingtotheadvantagesofabundantsodiumresourcesandlowprice.However,thelargeradiusofsodiumionmakesitmorestricttofindsuitableelectrodematerialsanditisveryimportanttodeve

6、lopanodematerialswithexcellentsodiumstorageproperties.Carbonnanomaterialhasawideresearchspaceandresearchvaluebecauseitisakindofpotentialanodeelectrodematerialduetotheadvantagesofgoodconductivity,goodstabilityandlongcyclelife.Inthispaper,takingnitrogen-dopedcarbonnanosheetsasanobject，weexpl

7、oreitspreparationmethodsandsodiumstorageperfomace.Themainresultsareasfollows:Anitrogen-dopedcarbonnanosheetsarepreapredbyhightemperaturesolidstatepyrolysismethoduisngNaClasantemplate,glucoseascarbonsource,ureaasnitrogensource,andKOHasactivator.Structuralandcom