新型石墨烯基氮摻雜多孔碳復(fù)合材料的制備及其超電容應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器具有高的功率密度、超長(zhǎng)的循環(huán)壽命以及清潔的特點(diǎn)，這種理想的儲(chǔ)能裝置已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。碳材料由于具有高的導(dǎo)電性、大的比表面積和廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，在超級(jí)電容器應(yīng)用中已經(jīng)成為最有前途的電極材料。但是，目前的碳材料的制備方法還存在成本高、制備過(guò)程復(fù)雜以及其超電容性能不夠高等問(wèn)題，這些缺點(diǎn)限制了它們?cè)诔娙葜械膶?shí)際應(yīng)用。本工作在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，制備出了具有超高比電容性能的碳材料。
　　本文首先在乙二胺的輔助下通過(guò)生物質(zhì)葡萄糖在

2、氧化石墨烯表面的水熱碳化，制備了一種氮摻雜水熱碳包覆石墨烯復(fù)合材料(RGO@HTC)。在這一步法合成過(guò)程中，氧化石墨烯作為導(dǎo)電基底、葡萄糖為碳源。乙二胺不但可以對(duì)碳材料進(jìn)行氮摻雜，而且能夠通過(guò)靜電作用使得葡萄糖在呈電負(fù)性的氧化石墨烯表面水熱碳化，得到了獨(dú)特的、三明治結(jié)構(gòu)的、褶皺狀的水熱碳包覆石墨烯復(fù)合材料。制備的材料經(jīng)過(guò)KOH活化處理進(jìn)一步提高其多孔性。復(fù)合材料具備微孔、介孔和大孔的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，較大的比表面積(1749 m2·g-1)和

3、孔體積(0.405 cm3·g-1)。由于RGO@HTC復(fù)合材料結(jié)合了石墨烯的高導(dǎo)電性和水熱碳豐富的孔隙率，其作為碳基超電容電極材料擁有超高的比容量（0.5 A·g-1電流密度下，比電容值340F·g-1），良好的倍率特性和循環(huán)性能。并探討了反應(yīng)物用量，反應(yīng)溫度等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)復(fù)合碳材料的形貌、孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的具體影響。RGO@HTC卓越的超電容性能和制備成本使得其在工業(yè)化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。隨后嘗試了改變不同碳源和氮源來(lái)制備系列水

4、熱碳包覆石墨烯復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的超電容性能與反應(yīng)物有著密切的關(guān)系。以葡萄糖為碳源，三聚氰胺為氮源制備的水熱碳包覆石墨烯復(fù)合材料具備高的比電容值（0.5 A·g-1電流密度下比電容值達(dá)到336F·g-1），并顯示了良好的倍率特性。三聚氰胺的量對(duì)材料的比電容值產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)三聚氰胺的量為1g時(shí)，復(fù)合材料的比電容值最高。而以蔗糖或者淀粉為碳源，乙二胺為氮源通過(guò)水熱法能夠?qū)崿F(xiàn)水熱碳對(duì)氧化石墨烯的包覆，但是制備的復(fù)合材料的超電容性能不夠