生物質(zhì)基改性活性炭的高附加值制備及其超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用.pdf

1、活性炭具有比表面積大、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能高等優(yōu)點(diǎn)，在吸附劑、催化劑載體和電化學(xué)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。本文以生物質(zhì)（葡萄糖、蝦殼）為碳源，采用摻雜和化學(xué)活化法成功制備出系列活性炭。采用多種技術(shù)手段對(duì)所得材料的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并考察其作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下:
　　1、以葡萄糖基炭微球(HCs)為前驅(qū)體，三聚氰胺和KOH分別為氮源和活化劑，通過調(diào)變活化、氮摻雜的順序制備多孔、富氮的系列超級(jí)電容器電極材料，如K

2、OH活化炭微球制備了多孔炭(HC/KOH-1∶2)，而其經(jīng)三聚氰胺氮摻雜后制備了含氮孔炭(HC/KOH/N);炭微球采用三聚氰胺摻雜制備氮摻雜炭(HC/N-1∶5)，又經(jīng)KOH活化后得到含氮孔材料(HC/N/KOH)。結(jié)果表明，三聚氰胺是良好的氮摻雜前驅(qū)體，KOH活化有助于材料孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，且使氮的存在趨向吡啶氮和吡咯氮的形式。在6 M KOH電解液中，具有豐富孔結(jié)構(gòu)的HC/KOH-1∶2表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在三電極體系0.1Ag-

3、1電流密度下，比電容值達(dá)279 F g-1;而具有較大比表面積和含氮官能團(tuán)的HC/N/KOH樣品在1 M H2SO4電解液中性能最優(yōu)，比電容值高達(dá)492 F g-1。在兩電極體系0.05 A g-1電流密度下，HC/KOH-1∶2的能量密度和功率密度分別為8.1 Wh kg-1和24 W kg-1，而HC/N/KOH的能量和功率密度則升高到12 Wh kg-1和24.6 W kg-1。上述優(yōu)異的電化學(xué)性能可歸因于前者具有較大的比表面積(

4、1197 m2 g-1)，后者適中的比表面積(566 m2 g-1)和較高的氮含量(4.38 wt.％)協(xié)同作用的結(jié)果。
　　2、以含4.106 at％氮、26.99 at％碳和27.00 at％氧的蝦殼為碳源，磷酸(H3PO4)為活化劑，原位制備氮/磷/氧共摻雜孔碳(PCs)。結(jié)果表明，蝦殼是優(yōu)良的制備活性炭的前驅(qū)體，H3PO4有助于構(gòu)建材料的孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)炭材料的P摻雜。所得材料的孔結(jié)構(gòu)和氮、磷、氧含量隨煅燒溫度的變化而變化

5、。具有豐富孔結(jié)構(gòu)和雜原子官能團(tuán)的PCs作為超級(jí)電容器電極材料在堿性電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在三電極體系0.1Ag-1電流密度下，PCs的比電容值最高可達(dá)206 F g-1;P摻雜使材料的電壓窗口由0.9 V拓寬至1.1V，其能量密度也相應(yīng)的由2.9 Wh kg-1增大到5.2 Wh kg-1。
　　3、以蝦殼和KOH分別為碳源和活化劑，通過調(diào)控二者活化比例和煅燒溫度原位制備氮摻雜活性炭。結(jié)果表明，所得材料氮、氧元素含量隨著