杂原子掺杂多孔炭的制备及其电容行为研究

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1、硕士学位论文杂原子掺杂多孔炭的制备及其电容行为研究ThePreparationofHeteroatom--DopedPorousCarbonMaterialsandTheirCapacitiveBehaviour学号：21107075完成日期：2014—05—05大连理工大学DalianUniversityofTechnologyIhillIIIIIIIIIIUILIIIIIIl—Y2592067大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文

2、不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：堑鹭：乏礁垫垒丝盏珐麴盎＆基塑基竭垄盐立作者签名：逊日期：塑!竺年—上月—止日大连理工大学硕士学位论文摘要超级电容器是一类新型的、绿色的能源存储设备，它具有高的能量密度和功率密度，且其循环寿命长。多孔炭材料由于其高比表面积、环境友好、导电性好等优点，是理想的超级电容器电极材料。如何获得具有高比电容量、良好倍率性能和循环稳定性的多孔炭电极材料，仍

3、是研究者们面临的一个巨大挑战。研究表明，对炭材料进行杂原子掺杂改性是提高炭材料电容行为的一个有效方式，因而，本文探索了杂原子掺杂微孔及大孔炭材料的制备方法，并用作超级电容器电极材料，考察其电容行为。本文的研究内容及研究结果如下：(1)以廉价的天然生物高分子明胶为氮源，通过问苯二酚、明胶、甲醛共聚反应制备了含氮聚合物，经直接热解获得氮掺杂微孔炭材料，该材料具有三维网状骨架结构，通过调控明胶的掺入量，可以实现对炭材料氮掺杂量的可控调节。将其用作超级电容器电极材料，由于其具有三维网状骨架结构有利于电子传输，且氮掺杂提高了材料的导电性及润湿性，其比电容值较酚醛基多

4、孔炭增加了一倍，达149Fg-1，经水活化处理，材料的比表面积提高至1174m2g～，其比电容值进一步提高至228Fg～，且具有良好的倍率性能和长循环稳定性。(2)在氮掺杂微孔炭的研究基础上，向间苯二酚．明胶．甲醛共聚体系中进一步引入硼酸，由此制备了B、N共掺杂微孔炭材料，通过调节硼酸掺入量可以实现对炭材料含硼量的可控调节，将其用作超级电容器电极材料，由于B、N共掺杂进一步提高了材料的导电性，故与氮掺杂微孔炭相比，其具有更好的双电层电容特征及更高的比电容量，比电容量达175Fg-1，活化后，材料的比表面积增至1325m291，比电容量达232Fg～，且具有

5、良好的倍率性能。(3)在氮掺杂微孔炭的研究基础上，进一步调节明胶及催化剂用量，制备了具有高氮含量及开放式大孔的氮掺杂大孔炭材料，通过调节明胶及丙二酸用量可以实现对氮掺杂大孔炭材料大孔结构的调控，将其用于超级电容器电极材料，比电容值达185Fg一，但材料具有较大的极化现象，活化后材料的比表面积、总孔孔容及微孔孔容大幅增加，用作电极材料时，极化现象得到明显改善，材料具有理想的双电层电容特征，比电容量增至202Fg-1。关键词：多孔炭；杂原子掺杂；超级电容器杂原子掺杂多孔炭的制备及其电容行为研究ThePreparationofHeteroatom—DopedPo

6、rousCarbonMaterialsandTheirCapacitiveBehaviourAbstractSupercapacitorisanovelkindofenergystoragedevices，whichisenvironmentalfriendlyandhaslargeenergydensity，highpowerdensityandlongcyclelife．Porouscarbonmaterialswiththeadvantagesoflargespecificsurfacearea，environmentalfriendlyandgoo

7、delectronicconductivity，havealreadybecametheexcellentcandidatesfortheuseaselectrodematerialsforsupercapacitors．Thepreparationofporouscarbonelectrodematerialswithlargespecialcapacitance，highratecapabilityandcyclestabilityisstillachallenge．Numbersof．studiesindicatedthatintroducingsu

8、rfacefunctionalgroupsorheteroatom