超级电容器nio介孔碳复合电极材料的制备及其性能研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文以有序介孔碳为载体，采用微波－氧化、浸渍等方法在介孔碳上负载NiO，制备高比电容且循环性能稳定的超级电容器电极材料，以实现材料结构和性能之间的合理平衡。首先以介孔氧化硅SBA-15为模板合成有序介孔碳CMK-3，尝试采用微波－氧化法对CMK-3负载NiO以改善介孔碳的电容性能，并与浸渍法进行对比。ICP测试显示微波－氧化法具有快速、均匀且负载率高的优势。采用该负载方法所得复合电极材料的比电容已达295.9F/g，高于浸渍法负载的252.6F/g。又采用软模板法，以F127为模板剂，可溶酚醛树脂前驱体为碳源制备了有序介孔碳C-FDU-15，采

2、用微波－氧化法负载不同量的NiO。XPS定性测试2+揭示：在微波辐射作用下，Ni转化为单质Ni和Ni(OH)2的混合体，经空气煅烧均转化为NiO，从而得到NiO/C复合电极材料。考察负载量的变化对介孔碳结构性能及电化学性能的影响，得出最佳负载量下，NiO/C的比电容可达407F/g，增加34.3%。还尝试在合成C-FDU-15的过程中加入镍盐，经空气煅烧转变为NiO/C复合电极材料。实验结果表明NiO负载量最佳时，介孔碳C-FDU-15的比容量由307.4F/g提高到444.1F/g，增加44.5%，其充放电循环稳定性也得到了极大的提高。本文还简化了介孔碳球的合成路线，尝试以

3、未经烧结的介孔SiO2球为模板，制备单分散性的有序介孔碳球。该方法得到的碳球比表面积大、粒径均匀，孔径在2～4nm范围内可调，同时考察不同合成温度以及硅酸盐/表面活性剂在水溶液中的浓度对碳球结构的影响。采用微波－氧化法在碳球上定量负载NiO后，其比电容及循环稳定性都得到了很大的提高。关键词：NiO/C复合电极材料，CMK-3，C-FDU-15，介孔碳球，微波－氧化法I超级电容器NiO/介孔碳复合电极材料的制备及其性能研究AbstractAseriesoforderedmesoporouscarbonswereusedascarrierandNiOwassupportedont

4、hecarbonsbymicrowave-oxidationandimpregnationmethod.Inordertoachievereasonablebalancebetweenstructureandperformanceofmaterial,NiO/Ccompositeelectrodematerialforsupercapacitorwithhighspecificcapacitanceandsteadycyclecapabilitywasreceived.Microwave-oxidationmethodwasfirstlyintroducedtosupport

5、NiOonCMK-3synthesizedbySBA-15templateforimprovingcapacitanceperformanceofmesoporouscarbonsandthencontrastedtoimpregnationmethod.ICPtestshowedmicrowave-oxidationmethodhadadvantageofspeediness,uniformityandhighsupportingefficiency.Thespecificcapacitancewasimprovedto295.9F/g,whichwasmuchmoreth

6、an252.6F/gattainedbyimpregnationmethod.OrderedmesoporouscarbonC-FDU-15derivedfromtheco-assemblyofF127andresolhadbeensuccessfullysynthesizedbysofttemplatemethod,andthenNiOwassupportedonC-FDU-15usingmicrowave-oxidationmethod.XPStestproved2+thatNiwastransformedtomixtureofNiandNi(OH)2undermicro

7、waveradiation,andthentranslatedintoNiObyaircalcination.TheeffectofNiOcontentonstructureandelectrochemicalperformanceoforderedmesoporouscarbonwasinvestigated.ThespecificcapacitanceofNiO/Creachedto407F/gwithanincreaseof34.3%underproperNiOcontent.Wealsotrie