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

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1、北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：尘踟叻．、作者签名：<贮!竺竺!：二日期：：墨?生：』：多关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件

2、和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在』L年解密后适用本授权书。√非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名．．生递塑导师签名：日期：』丝：么：圣日期：尘丝么：三学位论文数据集中图分类号硼M910．4学科分类号430．4550论文编号1001020140540密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名晏晓东学号2011200540

3、获学位专业名称材料科学与工程获学位专业代码0805课题来源自选研究方向超级电容器电极材料论文题目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关键词超级电容器，氮，磷共掺杂，多孔碳材料，非多孔碳纳米纤维，储能机理论文答辩日期2014年5月28日幸论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师杨小平教授北京化工大学复合材料评阅人1隋刚教授北京化工大学复合材料评阅人2贾晓龙副教授北京化工大学复合材料评阅人3评阅人4评阅人5椭员蝴范琳研究员中科院化学所高分子材料答辩委员1武德珍教授北京化工大学高分子材料答辩委员2睛刚教授北京化工大学复

4、合材料答辩委员3李刚副教授北京化工大学复合材料答辩委员4贾晓龙副教授北京化工大学复合材料答辩委员5李鹏讲师北京化工大学复合材料注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《(中国图书资料分类法》查询．三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745．9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成．摘要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杂元素掺杂是提高碳基电极材料比容量的一种简单、高效的方法。氮掺杂碳材料以其优异的电化学性能获得了广泛研究。磷掺杂碳材料在水性电解液中表现出高比

5、容量和宽电化学窗口。因此，氮／磷共掺杂碳材料用于超级电容器电极材料的研究将获得越来越多的关注。氮掺杂提高碳材料比容量的机理已经明确，但是磷掺杂提高碳材料比容量的机理尚不清楚，有待于研究。另一方面，多孔碳材料不利于研究磷掺杂的作用机理，因为微孔的容量贡献率难以排除，会严重干扰研究结果。因此，磷掺杂非多孔材料的制备对研究含磷官能团储能机理具有重大意义，而且非多孔碳材料有利于提高电极材料的体积比容量，这对于商业化应用具有重要的意义。综上，本文围绕氮／磷共掺杂碳材料这一主题开展了以下研究：(1)采用溶剂挥发法制备了磷酸／聚丙烯腈多孔复合材料，然后通过预氧化和碳化工艺制备了

6、氮／磷共掺杂多孔碳材料。液氮等温吸附和XPS光电子能谱表征表明，氮／磷共掺杂多孔碳材料的比表面积和杂元素含量依赖于碳化温度。电化学测试表明，碳化温度为800oC制备的氮／磷共掺杂多孔碳材料的电化学性能最佳，在1MH2S04电解液中其质量比容量和体积比容量分别达到205．7F／g和261F／cm3。这归功于氮、磷官能团的协同作用。(2)采用静电纺丝法制备了不同磷酸含量的聚丙烯腈纳米纤维，然后在800oC温度下碳化制备了不同磷含量的碳纳米纤维。液氮等温吸附测试表明，这种氮／磷共掺杂碳纳米纤维比表面积很小，属于非多孔材料。北京化工大学硕士学位论文电化学测试表明，磷含量大

7、约9wt．％的氮／磷共掺杂非多孔碳纳米纤维表现出最好的电容特性，在O．5A／g电流密度下，质量比容量和体积比容量分别高达224．9F儋和265F／cm3，且在30A／g电流密度TLL容量仍然达到157F／g。(3)研究了氮／磷共掺杂非多孔碳纳米纤维在不同电解液(1MH2S04，O．5MLi2S04，1MNa2S04和O．5MK2S04)中的电化学行为。研究结果表明，含磷官能团对电解液离子，特别是质子，具有较强的吸附能力，从而极大地增大了碳材料的双电层电容。关键词：超级电容器，氮／磷共掺杂，多孔碳材料，非多孔碳纳米纤维，储能机理ABsTRACTFABRICAⅡONo

8、FPHoS