雜原子摻雜的碳基材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、碳基材料具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好和資源豐富等諸多其它無機(jī)和金屬材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在能源相關(guān)領(lǐng)域有著極廣闊的應(yīng)用前景。通過雜原子摻雜對碳材料進(jìn)行改性，可以強(qiáng)化碳材料原有的優(yōu)異性能并賦予其新的特性，從而拓寬其應(yīng)用范疇。本文結(jié)合現(xiàn)有研究成果，針對該領(lǐng)域仍然存在的不完善之處，嘗試以不同思路設(shè)計不同雜原子摻雜或不同維度的碳基材料，以實(shí)現(xiàn)從分子水平調(diào)控碳材料中雜原子的種類和含量，或以不同模板誘導(dǎo)生成一維（1D）或二維（2D）納米碳材料，以期改善它們的電

2、化學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下。
　　1.氮摻雜的碳包覆的氧化錫-硫化亞錫/石墨烯二維核殼結(jié)構(gòu)材料作為鋰電負(fù)極材料的應(yīng)用研究：創(chuàng)造性地提出了一種雙摻雜的思路：以氧化錫修飾的石墨烯納米片為基礎(chǔ)，在碳包覆的同時實(shí)現(xiàn)了對碳外殼的氮摻雜和對石墨烯/氧化錫內(nèi)核的硫摻雜。將得到的氮摻雜碳層包覆的氧化錫修飾的石墨烯（N-C@SnO2-SnS/GN）復(fù)合材料作為鋰電負(fù)極，對其性能進(jìn)行了測試，該復(fù)合材料表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，其性能優(yōu)于目前

3、報道的大多數(shù)錫基鋰電負(fù)極材料的性能。
　　2.不同維度的氮摻雜多孔碳基框架材料作為氧還原反應(yīng)催化劑的應(yīng)用研究：以聚丙烯腈（PAN）修飾的功能化碳納米管和氧化石墨烯為模板，選擇含氮單體分子，構(gòu)筑了具有規(guī)整一維、二維形貌的氮摻雜多孔碳材料1D-NPC和2D-NPC。將兩種材料作為氧還原反應(yīng)（ORR）催化劑進(jìn)行測試，2D-NPC的性能明顯優(yōu)于1D-NPC，并與Pt-C電極的性能相當(dāng)。通過對氮摻雜多孔碳材料的維度進(jìn)行控制，可以調(diào)控材料的比

4、表面積、孔徑和氮原子在碳材料中的鍵合形式，最終實(shí)現(xiàn)對該材料催化性能的調(diào)控。
　　3.不同雜原子摻雜的多孔碳基框架材料作為鋰電正極的應(yīng)用研究：通過選用含不同雜原子的單體分子，通過離子熱聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對多孔碳材料(CTF-B、CTF-P)中氮摻雜量的調(diào)控，并制備了氮硫共摻雜的多孔碳材料(CTF-T)。對它們作為鋰離子電池正極材料的性能進(jìn)行了測試，從性能測試結(jié)果及各項(xiàng)表征可知，通過提高碳基材料中的氮摻雜量和實(shí)現(xiàn)氮硫共摻雜均能顯著改善電