多孔氮掺杂炭基纳米材料的制备及其电化学性能研究

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1、---------------------------------------------------------------------------------------------------多孔氮掺杂炭基纳米材料的制备及其电化学性能研究多孑Ｌ氮掺杂炭基纳米材料的制备学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：万方数据及其电化学性能研究塑ｆ逝纽兰里旦奎盈煎盈生苏）荡砂ｌＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＹ２７７３８０１摘要超级电容器与锂离子电池储能技术由于各自独特的储能机制以及储能优势而广泛应用于便携式电子设备、辅助电源、电动汽车以及智能电网等。然而通

2、过双电层电荷存储机制的炭基超级电容器电极材料具有有限的能量密度，而传统氧化物基锂离子电池负极材料具有低电子导电率以及慢锂离子扩散速率。通过异质原子掺杂能够在炭基材料中引入赝电容效应进而提高其能量密度；异质原子掺杂的多孔碳骨架复合氧化物纳米结构不仅能够有效提高电极材料的电子导电率，而且能够缩短锂离子扩散路径并提供良好的应力缓释作用。本文通过聚吡咯、聚苯胺以及沸石咪唑酯骨架一８（ＺＩＦ．８）等原位碳化过程分别制备氮氧共掺杂活化碳纳米管、氮氧共掺杂多孔碳纳米骨架材料以及多孔氮掺杂炭／ＺｎＯ多面体，改善并提高三者作为超级电容——————————————————————————

3、—————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------多孔氮掺杂炭基纳米材料的制备及其电化学性能研究多孑Ｌ氮掺杂炭基纳米材料的制备学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：万方数据及其电化学性能研究塑ｆ逝纽兰里旦奎盈煎盈生苏）荡砂ｌＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＹ２７７３８０１摘要超级电容器与锂离子电池储能技术由于各自独特的储能机制以及储能优势而广泛应用于便携式电子设备

4、、辅助电源、电动汽车以及智能电网等。然而通过双电层电荷存储机制的炭基超级电容器电极材料具有有限的能量密度，而传统氧化物基锂离子电池负极材料具有低电子导电率以及慢锂离子扩散速率。通过异质原子掺杂能够在炭基材料中引入赝电容效应进而提高其能量密度；异质原子掺杂的多孔碳骨架复合氧化物纳米结构不仅能够有效提高电极材料的电子导电率，而且能够缩短锂离子扩散路径并提供良好的应力缓释作用。本文通过聚吡咯、聚苯胺以及沸石咪唑酯骨架一８（ＺＩＦ．８）等原位碳化过程分别制备氮氧共掺杂活化碳纳米管、氮氧共掺杂多孔碳纳米骨架材料以及多孔氮掺杂炭／ＺｎＯ多面体，改善并提高三者作为超级电容—————

5、——————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------器或锂离子电池负极电极材料的容量、倍率性能以及循环稳定性。本文主要研究内容如下：（１）氮氧共掺杂活化碳纳米管：采用聚吡咯纳米管作为含氮聚合物前驱体，采用两步高温碳化．活化法成功制各含氮氧活化碳纳米管。碳化阶段形成相比于聚吡咯前驱体更稳定的无定形碳纳米管，其确保了随后ＫＯＨ活化过程不会破坏碳纳

6、米管的形貌、孔结构等。所获得的氮氧共掺杂活化碳纳米管具有高氮含量（１９．８氧含量（１１．１ｗｔ．％）、以及大比表面积（７０５．９ｍ２ｗｔ．％）、ｇ－１）。氮氧共掺杂活化碳纳米管具ｇ－１）、优异的倍率性能（５０Ａｇ－ｌ时有丰富的孔结构、大比表面积以及丰富的氮、氧官能团因而表现出优异的电容性能，比如高比电容（ｏ．５Ａ旷１时放电比容量为３８４．９放电比容量为２０１２．４％）。ＦＦｇ－１）以及优异的循环稳定性（５００次循环后容量损失率仅仅为（２）氮氧共掺杂多孔碳纳米骨架：采用ＫＯＨ作为活化剂、聚苯胺聚合物为前驱体，通过一步碳化．活化法成功合成含氮、氧多级孔碳骨架结构。所合成的

7、多孔碳骨架具有高比表面积（２２８０．０ｍ２ｇ－１）、大孔体积（１．７５ｅｍ３ｇ－１）以及丰富的氮、氧官能团。当ＫＯＨ与聚苯胺聚合物前驱体比例为４：ｌ时，所合成的多孔碳骨架结构具有最优异的电容性能，例如大比容量（电流密度为０．５———————————————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------------------------------------------ＦＡｇ－１时，放电比电容为４２８．１Ｆ