掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究作者姓名杜志玲学位类别工程硕士指导教师邵光杰教授2015年5月中图分类号：O646.54学校代码：10216UDC：544密级：公开工程硕士学位论文（应用研究型）掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究硕士研究生：杜志玲导师：邵光杰教授副导师：李悦生教授申请学位：工程硕士工程领域：化学工程所属学院：环境与化学工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学IADissertationinAppliedChemistryPREPARATIONA

2、NDELECTROCHEMICALPERFORMANCEOFMANGANESEOXIDE/CARBONCOMPOSITESbyDuZhilingSupervisor:ProfessorShaoGuangjieYanshanUniversityMay,2015II燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集

3、体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本

4、学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日III燕山大学工程硕士学位论文摘要掺氮多孔碳(NPC)作为一种理想的电极材料，由于其高的比表面积、特殊的孔结构以及大的孔体积吸引了越来越多研究者的关注，但是其差的电子导电性以及低的能量密度和功率密度限制了其在实际中的应用。本论文采用不同方法制备出了形貌新颖的掺氮多孔碳，并对其电化学性能做了详细的研究。采用溶胶凝胶法制备出了掺氮多孔梅枝状碳材料，三聚氰胺-700样品具有最大2-1的含氮量(4.4%)、最高的比表面积(308.5m·g)；三聚氰

5、胺-700电极材料表现了最-1-1佳的电化学性能：好的容量性能(电流密度等于0.3A·g时，比容量为254.5F·g)、-1-1出色的倍率性能(电流密度等于10.0A·g时，容量为201.5F·g，高达79.2%的容量-1保持率)以及优良的循环稳定性(3300次循环后，比容量为194.5F·g，容量保持率高达96.5%)。采用常温模板法制备出了氮掺杂的3D网状分级多孔碳泡沫体，最佳温度2-1750°C下制备的NPC-750样品具有高的比表面积(424.941m·g)、合适的含氮量(1.22%)以及有利的孔径分布(3-4nm)，并且表现

6、出了最好的电化学性能：在电流密-1-1-1度为0.5A·g，NPC-750比容量高达239.30F·g，电流密度增加到10.0A·g时，-1NPC-750容量仍旧维持在212.90F·g，高达88.97%的容量保持率；5000次循环-1后，NPC-750比容量衰减率不到10%，容量稳定在200F·g。利用生物质皮皮虾壳直接碳化的方法制备出了氮掺杂的3D多孔层状结构的碳材料(NPLC)，最佳温度750°C下制备的NPLC-750样品具有高的比表面积2-1(1275.793m·g)、分等级的孔结构以及合适的氮含量(1.78%)。NPLC-

7、750材料展现-1了最突出的电化学性能：在电流密度为0.3A·g，NPLC-750°C材料的比容量高达-1-1-1312.62F·g，电流密度增加到20A·g时，其比容量仍旧保持在278.65F·g，容量保持率高达89.13%，表明NPLC-750具有高的比容量和良好的倍率性能；10000次-1循环后，电极材料的比容量为262.37F·g，容量保持率高达93.97%，表明该材料具有极好的循环稳定性。另外，通过对称的全电池测试显示，在功率密度为270-1-1W·Kg时，NPLC-750能量密度高达15.05Wh·Kg，甚至功率密度高达1

8、4580-1-1W·Kg时，其能量密度仍保持在10.12Wh·Kg。关键词：超级电容器；掺氮多孔碳；电化学性能；电子导电性IVAbstractAsanidealelectrodematerial,nitrogen-dop