近年來,能源緊缺與環(huán)境污染問題的日益嚴峻使得新能源的開發(fā)與利用越來越受到大眾的重視。超級電容器和鋰電池等新型能源儲存裝置在新能源開發(fā)過程中具有重要作用。超級電容器處于傳統(tǒng)電容器與鋰離子二次電池之間以其高功率和長壽命等優(yōu)點在儲能領(lǐng)域應用前景十分廣泛。電極材料是影響超級電容器電化學性能的關(guān)鍵與核心因素。本文針對現(xiàn)有多孔碳材料孔隙結(jié)構(gòu)不合理、比表面小、界面接觸性差、比電容低等問題,采用MOF前驅(qū)體材料碳化熱解移去官能團形成分級多孔結(jié)構(gòu)和氮元素摻雜改善碳骨架性能的方式來制備新型超級電容特性的多孔碳材料。本論文主要研究內(nèi)容包括:鋁基MOF衍生多孔碳的制備、活化氮摻雜多孔碳材料的制備以及一步法合成雙氮源管狀多孔碳（DNPC）三部分。具體內(nèi)容如下:（1）本論文首先以九水合硝酸鋁(Al（NO3）3·9H2O和均苯三甲酸為原料通過水熱法合成鋁基MOF前驅(qū)體（Al-MOF）并在氮氣氣氛中熱解得到具有均勻形貌和特定孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料（PC）。本章節(jié)主要研究了合成過程不同反應物比例、水熱溫度和反應時間以及熱解過程的時間和溫度對Al-MOF形貌結(jié)構(gòu)以及多孔碳電化學性能的影響。將反應物以1:1投入,在160℃下反... 

【文章來源】：北京化工大學北京市211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１結(jié)構(gòu)示意圖＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?［１９］??

?第一章緒論???Ａ?Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｌａｖｅｒ?????■?〇？Ｇ＞??〇偏??Ｐ；ｆｌｖ?？〇??＾?＇＾＾！〇！?Ｓｏ＾ｔ?ｍｏｄｕｌｅｓ?＾??Ｃｈａｒｇｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?■?＿?｜〇?？??ａ?；??ｗｙ?＼??ｉｎｎｅｒ?Ｈｄｍｈｏｕｓｔｔｆｆａｃｅ?〇ｕ？?Ｈｅｌｍｈｏｔｚ?ｓｕｒｆａｃｅ??圖１．２電荷儲存原理圖ＰＩ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ｓｔｏｒａｇｅ【２２１??１．２．２超級電容器種類??根據(jù)超級電容器的儲能機理和電池結(jié)構(gòu)差異可以對其分類：雙電層電容器，??贗電容型電容器，混合型超級電容器。根據(jù)電解液的類型差異可以分為：水系和??非水系超級電容器。??雙電層類型的超級電容器主要依靠物理吸附電解液離子來儲存電荷，充放電??過程不涉及贗電容反應；涉及的材料主要是多孔碳材料，雙電層電容器的電化學??性能主要與多孔碳材料的比表面積、孔體積、孔徑分布、材料表面潤濕性有關(guān)。??贗電容型電容器主要依靠電極材料或者電解液離子在充電過程中發(fā)生得失電子??的贗電容反應來儲存電荷［２４］。贗電容型電容器主要涉及的材料有導電聚合物、??金屬化合物（氧化物、硫化物、氮化物）等等［２５］�；旌闲碗娙萜鹘Y(jié)合了上述兩??種電容器的優(yōu)點，將能夠提供贗電容反應的電極與雙電層電極分別作為超級電容??器的電極，它們可以利用電位差（兩種類型的電極之間）來增加電池總電壓，使??電容器同時具有多孔碳材料的良好倍率性能同時具有贗電容反應所提供的較高??的比容量［２６］。??３??

?北京化工大學碩士學位論文???Ｓｕｐ？＃ｃａｐ？ｅ？？ｆ？??＇．「ｉ－］…＿±Ｚ：＾ｐ十］－一．＿??＿?一《—?：｜５??ｚｉＩ＝Ｆｙ：＇．?１＇?了斤〒〒：－「■??Ａｃ＊ｆ／８＊ａ＜Ｊ?ｃａｔｔｏａｎ?Ｃｗｆａｏｎ?ｔｗｎｏｔｔｊｆｃｅｓ?Ｇ？９（＾ｅｎｅ?＾＾１８＊?＾０＊??圖１．３超級電容器分類圖［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ?ｌ２７】??１．３超級電容器電極材料研究進展??碳材料作為應用最廣泛最有前景的一種電極材料，除了傳統(tǒng)的超級活性炭、??石墨烯、碳納米管，目前一些新型材料如金屬有機框架材料，雜原子摻雜、復合??材料逐漸成為了新的研究熱點。??多孔碳電化學性能受多種因素影響，如：（１）多孔碳的比表面積和孔徑分布??特性決定了多孔碳材料能吸附離子的數(shù)量。多孔碳的吸附能力與比表面積并不是??絕對的正比因為只有有效的比表面積才能吸附離子儲存電荷。微孔主要用來儲存??電荷，介孔結(jié)構(gòu)有利于離子轉(zhuǎn)移，大孔則用來儲存電解液為電極反應及時補充離??子。建立分級多孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料有利于增加電解液與材料的充分接觸增加孔??隙利用率［２８？］。（２）電極材料表面的電子特性和親水性對電極與電解液之間能否??充分接觸浸潤有密切關(guān)系［３１］；為了增加材料表面的浸潤性可以通過對材料表面??進行摻雜改性（如氮、硫、磷等元素的摻雜）。（３）氮含量，對于氮摻雜類的多??孔碳除了物理吸附提供的雙電層電容還有氮元素提供的贗電容同時氮元素對于??改善材料導電性浸潤性都有一定的積極作用。（４）不同材料特性不同單獨用作電??極材料往往不能滿足實


本文編號：3626396