超級電容器因其功率密度高、循環(huán)壽命長且能夠快速充放電等特性而被廣泛的研究和應(yīng)用。而其性能主要取決于它們的電極的效率和活性,因此,開發(fā)具有良好結(jié)構(gòu)的電極材料是非常必要的,它能充分利用材料各組分來進行有效的氧化還原過程。金屬有機骨架（MOFs）衍生的碳由于其可設(shè)計的孔結(jié)構(gòu)、高比表面積、相對良好的電導率和較高的機械穩(wěn)定性而成為電極材料理想選擇。本文以ZIF-8為前驅(qū)體制備中空氮摻雜碳材料,結(jié)合MnO₂和碳材料的各自優(yōu)勢,設(shè)計并制備了一系列MnO₂/碳復合電極材料,對其結(jié)構(gòu)和電化學性能進行研究。主要研究內(nèi)容如下:（1）以ZIF-8為前驅(qū)體,單寧酸作為蝕刻劑,采用化學刻蝕和熱解法制備了空心氮摻雜碳（HNC）。通過調(diào)節(jié)初始的ZIF-8的形貌結(jié)構(gòu)制得了菱形十二面體中空氮摻雜碳（RDHNC）和立方體中空氮摻雜碳（CHNC）。所合成的碳材料具有明顯的空腔結(jié)構(gòu)并且很大程度上保持了初始ZIF-8的形貌特征。所制得的碳材料具有大的表面積、寬的孔徑分布以及氮雜原子的摻雜,這為制備復合材料提供了基礎(chǔ)。（2）以空心立方體碳CHNC作為MnO₂外殼的支... 

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超級電容器
        1.2.1 超級電容器概述
        1.2.2 超級電容器的分類及儲能機理
        1.2.3 超級電容器的電極材料
    1.3 金屬有機框架材料(MOFs)
        1.3.1 MOFs概述
        1.3.2 MOFs在超級電容器領(lǐng)域的應(yīng)用
    1.4 二氧化錳
        1.4.1 二氧化錳的結(jié)構(gòu)和儲電機理
        1.4.2 基于二氧化錳電極材料的研究進展
            1.4.2.1 二氧化錳電極材料的研究進展
            1.4.2.1 二氧化錳復合電極材料的研究進展
    1.5 本論文的研究目的、意義及內(nèi)容
第2章 實驗方法與設(shè)備
    2.1 試劑與設(shè)備
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 材料物理性能表征方法
        2.2.1 X射線衍射（XRD）
        2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）
        2.2.3 透射電子顯微鏡（TEM）
        2.2.4 氮氣的吸附-脫附（BET）
        2.2.5 X射線光電子能譜（XPS）
        2.2.6 拉曼光譜分析
    2.3 材料電化學性能表征
        2.3.1 循環(huán)伏安性能測試（CV）
        2.3.2 恒電流充放電（GCD）
        2.3.3 交流阻抗測試（EIS）
        2.3.4 循環(huán)壽命測試
第3章 MOFs衍生中空氮摻雜碳的制備及表征
    3.1 前言
    3.2 MOF衍生中空氮摻雜碳的制備
        3.2.1 菱形十二面體中空氮摻雜碳（RDHNC）的制備
        3.2.2 立方體中空氮摻雜碳（CHNC）的制備
    3.3 MOF衍生中空氮摻雜碳的表征
        3.3.1 X射線粉末衍射（XRD）表征與分析
        3.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）表征與分析
            3.3.2.1 RDHNC的形貌特征
            3.3.2.2 CHNC的形貌特征
        3.3.3 拉曼光譜表征與分析
        3.3.4 氮氣的吸附脫附（BET）表征與分析
        3.3.5 X-射線光電子能譜 (XPS)表征與分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 立方中空氮摻雜碳@MnO_2復合材料的制備及其電化學性能研究
    4.1 前言
    4.2 CHNC@MnO_2復合材料的制備及表征
        4.2.1 CHNC@MnO_2復合材料的制備
            4.2.1.1 無定型二氧化錳與CHNC復合材料（CHNC@a-MnO_2）的制備
            4.2.1.2 δ-MnO_2納米片與CHNC復合材料（CHNC@δ-MnO_2）的制備
        4.2.2 CHNC@MnO_2電極材料的表征
            4.2.2.1 X射線粉末衍射（XRD）
            4.2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）
            4.2.2.3 拉曼光譜
            4.2.2.4 高分辨透射電鏡圖（HRTEM）和元素分布圖
            4.4.2.5 氮氣的吸附/脫附
            4.2.2.6 X射線光電子能譜
    4.3 CHNC@MnO_2復合材料電化學性能分析
        4.3.1 單寧酸蝕刻對復合材料電化學性能的影響
        4.3.2 二氧化錳的晶型對復合材料電化學性能的影響
        4.3.3 二氧化錳負載量對復合材料電化學性能的影響
        4.3.4 電極材料的循環(huán)性能測試
    4.4 本章小結(jié)
第5章 菱形十二面體中空氮摻雜碳@MnO_2復合材料的制備及其電化學性能研究
    5.1 前言
    5.2 RDHNC@MnO_2復合材料的制備及表征
        5.2.1 RDHNC@MnO_2復合材料的制備
            5.2.1.1 無定型二氧化錳與RDHNC復合材料（RDHNC@a-MnO_2）的制備
            5.2.1.2 δ-MnO_2納米片與RDHNC復合材料（RDHNC@δ-MnO_2）的制備
        5.2.2 RDHNC@MnO_2電極材料的表征
            5.2.2.1 X射線粉末衍射（XRD）
            5.5.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）
            5.2.2.3 拉曼光譜
            5.2.2.4 高分辨透射電鏡圖（HRTEM）和元素分布圖
            5.2.2.5 氮氣的吸附/脫附
            5.2.2.6 X射線光電子能譜
    5.3 RDHNC@MnO_2復合材料電化學性能分析
        5.3.1 單寧酸蝕刻對復合材料電化學性能的影響
        5.3.2 二氧化錳的晶型對復合材料電化學性能的影響
        5.3.3 二氧化錳負載量對復合材料電化學性能的影響
        5.3.4 電極材料的交流阻抗和循環(huán)性能測試
    5.4 形貌對材料電化學的影響
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及成果



本文編號：3685342