基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料的制备及电化学性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料的制备及电化学性能研究硕士研究生：辛利君指导教师：李占双教授学科、专业：化学工程与技术论文主审人：王君教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料的制备及电化学性能研究硕士研究生：辛利君指导教师：李占双教授学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertati

2、onfortheDegreeofM.EngPreparationandElectrochemicalPropertiesofNitrogen-DopedPorousCarbonMaterialsBasedonZIF-8Candidate:LijunXinSupervisor:Prof.ZhanshuangLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExaminatio

3、n:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位

4、期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料的制备及电化学性

5、能研究摘要随着化石能源危机和环境污染问题日趋严重，超级电容器作为一种新型储能元件，具有长的循环寿命、高的安全性能和较宽的使用温度范围等优势而被广泛应用。电极材料对超级电容器的电化学性能起着关键性作用，是近期超级电容器的研究热点。电极材料主要包括碳材料、导电聚合物和金属氧化物等。金属有机框架化合物（MOFs）作为一种新型多功能的晶体状多孔材料，有较大比表面积、可控孔道结构等优势，在催化剂、传感器和发光材料等研究领域应用广泛。本论文通过静置法合成ZIF-8为前驱体，直接碳化后得到基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料，再通过原位生长法制备氮掺杂多孔碳复合材料，将氮掺杂多孔碳材

6、料及其复合物作为电极材料，组装对称超级电容器，对其实际应用价值进行评价。主要研究内容如下：通过直接碳化法来合成基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料（HPNCs），且较为系统地研究了不同Zn2+源对HPNCs的形貌结构和电化学性能的影响，可知由醋酸锌制备的氮掺杂多孔碳材料（HPNCs-C8）比由硝酸锌得到的氮掺杂多孔碳材料（HPNCs-N8）做电极材料所测的电化学性能更好一些。HPNCs-C8在0.25A/g电流密度下的比电容为300F/g，并表现出较好的倍率性能。所组装成的HPNCs-C8//HPNCs-C8对称超级电容器在0-1.8V电压窗口下，当功率密度为0.79k

7、W/kg时，能量密度是24.8Wh/kg。为了降低HPNCs的团聚现象，我们从天然荷花粉中得到中空交联蜂巢状的碳球来作为碳源和模版，在碳球表面对HPNCs进行原位生长，从而制备出基于ZIF-8的氮掺杂多孔碳材料与3D中空交联碳球复合材料（HPNCs/CS）。HPNCs/CS在1A/g电流密度下的比电容是280F/g，相对于单一材料（HPNCs）展现出较高的倍率性能和循环稳定性能。所组装成的HPNCs/CS//HPNCs/CS对称超级电容器在0-1.8V电压窗口下，当功率密度为0.45kW/kg时，能量密度为16.2Wh/kg。将还原氧化石墨替代中空交联碳球与HP