氮掺杂石墨纳米笼的制备及电化学性能研究
能源的供应和合理利用是当代社会得以兴盛的前提，就我国目前的发展近况，资源情况是个急需解决的问题。锂离子电池与超级电容器因为它们各自独特的能量存储特色和优势而得到很大的重视并得到应用，寻找或制备出高容量的电极材料是很有实用价值的。 为了提高碳基材料在锂离子电池和超级电容器中的性能，在这篇文章中，我们采取了两种处理手段来优化调整石墨纳米笼的结构，使它们的电化学表现提升。 以催化裂解的方式制备氮掺杂薄壁石墨纳米笼(TNGNCs)用于锂离子电池的研究中，首先原位进行氮原子掺杂，酸洗处理后，得到薄壁氮掺杂的石墨纳米笼，其比表面积较大，达到630m2g-1，氮含量高达3%。由于所制纳米笼的石墨壳壁薄，理论分析后认为实现了电解质和离子快速扩散，所以制备出的薄壁石墨纳米笼显示出极高的可逆比容量：在电流密度为0.5Ag-1，达到760mAhg-1，和出色的高倍率性能：在5Ag-1下为340mAhg-1，在10Ag-1为250mAhg-1；以及较好的循环稳定性(在0.8Ag-180圈后还保持610mAhg-1)。温度对裂解制备出的材料的性能有着很大的影响，在锂离子电池中，900℃为最佳的制备温度。样品NGNC900的可逆容量是760mAhg-1；远高于1150℃的NGNC1150的540mAhg-1，以及550℃石墨化不足的NGNC550的510mAhg-1。 在制备多孔壁石墨纳米笼(TNWGNCs)用于超级电容器的研究中，研究发现氮掺杂的石墨纳米笼酸处理后极易氧化，其碳和氮原子易被氧化成羧基和硝基等官能团后成为了开孔模板，经过真空热处理，部分官能团被除去在石墨层上留下孔洞。提高石墨壳的纳米开孔率而提高他们的比表面积，却没有剧烈的破坏它们的石墨结构。GNCs的石墨壳上的比表面积和比电容都大幅提高：TNW750AH的比表面积为1100m2g-1，处理前TNW750A的比表仅700m2g-1；在0.1Ag-1，TNW750AH的比电容为370Fg-1，而处理前TNW750A比电容仅为300Fg-1。同时我们还研究了催化裂解的温度对多孔壁石墨纳米笼生成的影响。结果表明，反应温度在750℃左右适宜，温度的增加可能会提高C原子在颗粒中的生长速度，使石墨壁增厚，降低开孔率以及比表面积；而750℃以下的反应温度对提高样品电化学性能不明显。
氮掺杂;碳材料;锂离子电池;超级电容器;电化学性能
上海应用技术大学
硕士
材料化学工程
盛赵旻
2017
中文
TM912;TM53
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）