石墨相氮化碳基材料在超级电容器上的应用
随着工业的快速发展，引发了传统能源稀缺和环境日益恶化等问题。为了能够更好地利用资源，寻找新型的电能存储器件成为了当前重要任务之一。超级电容器由于其拥有循环稳定性好、使用寿命长、功率密度高等多种优点，受到了广泛的关注。g-C3N4作为一种掺氮的碳材料，拥有着特别稳定的化学性能、无毒、合成简便、经济环保等多种优点，使得我们将其考虑作为超级电容器的电极材料进行探究。本文针对g-C3N4的性质，通过碱溶液剪切以及高温煅烧等方法处理g-C3N4，以此制备出比表面积较大和导电性良好的氮化碳基复合材料，作为电极材料应用于超级电容器中。通过循环伏安法（CV），恒电流充放电（GCD），交流阻抗谱法（EIS），循环稳定性等性能测定方法。来衡量氮化碳基材料作为超级电容器的电极材料的可行性。 论文的主要内容及相应的结果如下： 以尿素、三氯氰胺、硫脲为原材料，经过热缩聚合反应来制备g-C3N4，来探究不同原材料对氮化碳的比电容性能的影响。实验结果证实以尿素作合成的g-C3N4电化学性能最好，其比电容值能够达到54F·g-1，利用尿素合成的g-C3N4纳米线比电容值能够达到65F·g-1。 使用不同浓度氢氧化钠对氮化碳进行剪切处理，制备出氮化碳纳米线三维骨架结构，并将其与聚（3，4-乙二氧基噻吩）：聚（4-苯乙烯磺酸盐）（PEDOT∶PSS）经过机械混合，以此来提高产物的导电性，增大产物的比表面积。最后，经过冷冻干燥处理后获得的产物。通过电化学测试后发现混合物比例在20%时应用于超级电容器性能最好，三电极测试在5mv·s-1的扫描速率下比电容为202F·g-1，两电极器件测试中达到78F·g-1，并且充放电5000次之后能够维持原来电容值的83.5%。 将g-C3N4与葡萄糖通过水热进行混合，在将混合物干燥后，在氮气环境下，经过管式炉煅烧处理，制备出掺氮的多孔碳材料，经过性能测试发现，在120℃水热的条件下，制备出的掺氮多孔碳的比电容性能最好，其拥有着超高的比表面积和优良的导电性。三电极测试在5mv·s-1的扫描速率下比电容为265F·g-1，两电极器件测试中达到54F·g-1，并且充放电10000次之后能够维持原来电容值的90.23%。 最后，经过将g-C3N4进行剪切处理和高温煅烧处理，能有效的提高了其的电化学性能。此外，在处理过程中剪切的温度与时间，以及水热混合时的温度都对复合材料的性能有着很大的影响。
超级电容器;氮化碳;复合电极;导电性能
长春工业大学
硕士
化学
张学宇
2019
中文
TB332;TM53
2019-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）