本文關(guān)鍵詞：高分子衍生類石墨烯摻雜材料的合成與電化學(xué)性能

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【摘要】：通過優(yōu)化石墨烯材料的三維結(jié)構(gòu)或者選擇合適的原子對石墨烯進(jìn)行摻雜,能夠極大的改善石墨烯的物理和化學(xué)性能以擴(kuò)寬其應(yīng)用。氮原子及硫原子摻雜的石墨烯具有很高的氧化還原反應(yīng)活性,可以作為超級電容器的電極材料,顯著提高石墨烯的贗電容以及綜合性能。本文通過高溫炭化高分子衍生物法分別制備了氮硫共摻雜的類石墨烯材料和氮摻雜的石墨烯類似物,并對其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了表針和探討,相關(guān)工作如下:(1)通過簡單的一步法,以殼聚糖為碳源和氮源,硫酸鉀(K2SO4)為硫源,在高溫下反應(yīng)制備了氮硫共摻雜的類石墨烯材料。該材料具有三維多孔結(jié)構(gòu),其氮、硫元素的摻雜比例分別高達(dá)7.7%和10.3%。共摻雜的氮、硫原子發(fā)生協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生大量氧化還原反應(yīng)活性位點(diǎn),有利于提高電極材料的贗電容。以離子液體為電解質(zhì)時(shí),該材料在40 A/g的高電流密度下其比電容高達(dá)仍高達(dá)147 F/g;此外,在10 A/g的電流密度下經(jīng)過1000次充放電循環(huán),氮硫共摻雜類石墨烯材料仍保留了 93%的初始電容量,表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。(2)以六水合硝酸鋅、2-甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮(K-30)為原料制備了 2-甲基咪唑鋅鹽的金屬有機(jī)框架聚合物(ZIF-8),并可實(shí)現(xiàn)對其尺寸的調(diào)控。ZIF-8經(jīng)過700℃高溫炭化并用濃鹽酸洗去鋅元素后得到了氮摻雜的石墨烯類似物,在保留了前驅(qū)體結(jié)構(gòu)的同時(shí)產(chǎn)生大量的納米孔道,從而具有極大的比表面積,使其表現(xiàn)出良好的超級電容性能。在3 A/g的電流密度下比電容達(dá)到249 F/g,并且即使是在10 A/g的高電流密度下,比電容仍然高達(dá)120 F/g。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 摻雜 超級電容器 殼聚糖 沸石咪唑酯骨架
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 石墨稀概述14-15
• 1.1.1 石墨稀的結(jié)構(gòu)與性能14-15
• 1.1.2 石墨稀的制備方法15
• 1.2 摻雜石墨稀概述15-22
• 1.2.1 摻雜石墨稀的類型16-18
• 1.2.1.1 氮摻雜石墨稀16-17
• 1.2.1.2 硫摻雜石墨稀17
• 1.2.1.3 共摻雜石墨稀17
• 1.2.1.4 其他摻雜類型17-18
• 1.2.2 摻雜石墨稀的制備18-21
• 1.2.2.1 自下而上合成法18
• 1.2.2.2 化學(xué)氣相沉積法18-19
• 1.2.2.3 球磨法19
• 1.2.2.4 熱處理法19-21
• 1.2.2.5 濕化學(xué)法21
• 1.2.3 摻雜石墨稀的應(yīng)用21-22
• 1.3 超級電容器概述22-26
• 1.3.1 超級電容器簡述22-23
• 1.3.2 超級電容器的類型和特點(diǎn)23
• 1.3.3 超級電容器的電極材料23-25
• 1.3.3.1 雙電層電容器的電極材料24
• 1.3.3.2 法拉第贗電容器的電極材料24-25
• 1.3.4 超級電容器的應(yīng)用25-26
• 1.4 論文的選題和研究內(nèi)容26-28
• 1.4.1 論文選題26-27
• 1.4.2 研究內(nèi)容27-28
• 第二章 殼聚糖衍生氮硫共摻雜類石墨烯28-43
• 2.1 前言28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 原料與試劑29-30
• 2.2.2 儀器骼30
• 2.2.3 氮硫共摻雜類石墨稀材料的制備30
• 2.2.4 測試與表征30-31
• 2 3 結(jié)果與討論31-42
• 2.3.1 氮硫共摻雜石墨稀的形貌表征31-32
• 2.3.2 氮硫共摻雜石墨稀的結(jié)構(gòu)表征32-37
• 2.3.2.1 傅里葉紅外光譜（FTIP）分析32-33
• 2.3.2.2 拉曼光譜分析33-34
• 2.3.2.3 XRD分析34-35
• 2.3.2.4 XPS分析35-37
• 2.3.3 氮硫共摻雜石墨稀的電化學(xué)性能表征37-42
• 2.3.3.1 氨氧化鐘為電解質(zhì)下的電化學(xué)測試37-40
• 2.3.3.2 離子液體為電解質(zhì)下的電化學(xué)測試40-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第三章 金屬有機(jī)骨架衍生氮摻雜類石墨稀43-55
• 3.1 前言43-44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-46
• 3.2.1 原料和試劑44
• 3.2.2 儀器44-45
• 3.2.3 氮慘雜類石墨稀的制備45
• 3.2.4 測試與表征45-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-54
• 3.3.1 ZIF-8前驅(qū)體的形貌表征46-47
• 3.3.2 邸-8的結(jié)構(gòu)表征47-48
• 3.3.2.1 XRD分析47
• 3.3.2.2 XPS分析47-48
• 3.3.3 氮滲雜石墨稀類似物的結(jié)構(gòu)與形貌表征48-51
• 3.3.3.1 TEM形貌表征48-49
• 3.3.3.2 紅外光譜49
• 3.3.3.3 XPS分析49-50
• 3.3.3.4 拉曼光譜50-51
• 3.3.4 氮摻雜石墨稀類似物的電化學(xué)性能 %51-54
• 3.3.4.1 循環(huán)伏安測試51-52
• 3.3.4.2 恒流充放電測試52-53
• 3.3.4.3 交流阻抗測試53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 全文總結(jié)55-56
• 參考文獻(xiàn)56-66
• 附錄66-68
• 致謝68

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