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磷掺杂聚丙烯腈基碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

日期:2020-06-15 02:20
磷掺杂聚丙烯腈基碳材料的制备及其在超级电容器中的应用
严晓东
[摘要]杂质掺杂是一种简单有效的方法,可以提高碳基电极材料的比容量。
氮掺杂碳材料因其优异的电化学性质而被广泛研究。
磷掺杂的碳材料在水性电解质中表现出高比容量和宽电化学窗口。
因此,对超级电容器电极材料共掺杂氮/磷的碳材料的研究将受到越来越多的关注。
虽然已经阐明了通过掺杂氮来增加碳材料的比容量的机理,但是通过掺杂磷来增加碳材料的比容量的机理尚不清楚,应该加以研究。。
另一方面,多孔碳材料不适用于研究磷掺杂的机理,因为很难消除微孔体积的贡献,这严重阻碍了研究的结果。
因此,磷掺杂非多孔材料的制备对于研究含磷官能团的储能机制具有重要意义,无孔碳材料可用于提高体积比容量。。这对商业用途非常重要。
总之,已经对氮/磷共掺碳材料进行了以下研究。
(1)通过溶剂蒸发法制备多孔磷酸/聚丙烯腈化合物,然后通过预氧化和碳化制备掺氮/磷的多孔碳材料。
液氮的等温吸附和XPS光电子能谱表明,掺氮/磷的多孔碳材料的比表面积和杂元素含量取决于碳化温度。
电化学测试表明,在800℃碳化温度下制备的氮/磷掺杂多孔碳材料具有最佳的电化学性能,电解质的比容量和电解质中的比容量1MH 2 SO 4显示达到205。分别。
7F / g和261F / cm3。
这是由于氮和磷官能团的协同作用。
(2)通过静电纺丝法制备具有不同磷酸含量的聚丙烯腈纳米纤维,然后通过在800℃下碳化制备具有不同磷含量的碳纳米纤维。
液氮的等温吸附试验表明,掺杂氮/磷的碳/纳米纤维具有小的比表面积,属于无孔材料。
电化学测试显示磷含量为约9重量%。
共掺杂氮/磷的无孔碳纳米纤维的百分比在零处显示出最佳的电容性质。
在5A / g的电流密度下,比容量和体积比容量均高达224。
在电流密度为30A / g,9F / g和265F / cm3时,比容量仍达到157F / g。
(3)在不同电解质(1 MH 2 SO 4.0)中研究了氮/磷共掺杂非掺杂非多孔碳纳米纤维。
5M Li 2 SO 4,1M Na 2 SO 4和0。
5MK 2 SO 4中的电化学行为
结果表明,含磷官能团对电解质离子,特别是质子具有较高的吸附能力,显着提高了碳材料的双层电容。
[学位授予单位]:北京化工大学[逐年]:硕士学位[收购年份]:2014年[分类号]:TQ127。
11; TM53
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