限域空间构筑氮化碳基材料及其性能研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ysd007
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无论是在光催化还是锂离子电池领域,氮化碳由于其较强的化学稳定性与较高的安全性成为研究最为广泛的材料。然而,传统开放体系制备的氮化碳带隙较宽且难以响应可见光,采用复合的方法能使其吸收光的范围扩展到可见光部分,但复合后的样品稳定性较差,复合物会成为新的载流子复合中心而抑制电子与空穴的分离,此外,较小的比表面积也成为限制其在锂离子电池性能的重要因素,因此,实现氮化碳材料的可控合成显得尤为重要。本文以蛭石为模板,三聚氰胺为前体,通过空间限域反应制备氮化碳基材料,同时,采用不同表征分析手段对其结构组成与其性能之间的关系进行了较为深入的探究。具体研究内容如下:(1)以三聚氰胺为前体,在空气气氛下590℃高温煅烧,三聚氰胺在蛭石二维层间进行缩聚反应,促进了氮化碳基晶体沿层板二维平面生长,控制层间物质的形貌尺寸及物相组成。表征测试结果显示,限域体系不仅能对材料的表面形貌结构进行修饰,也能改变材料的键合方式和结构排布,光解水性能测试结果表明,通过该方法制备得到的材料产氢速率为7.8μm·g-1·h-1,约为g-C3N4的5倍。(2)以三聚氰胺为前体,惰性气氛下700℃高温碳化,再以KOH为活化剂进行活化,成功制备了多孔的氮掺杂碳基材料。通过采用N2吸脱附曲线(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等方式对材料进行测试表征,结果显示:该材料具有较高的氮含量,氮掺杂能增加更多的活性位点,改善网络结构,提高电子转移效率,同时,丰富的孔结构能够提供多级孔隙,增大比表面积而提高材料电化学性能。本文所制备的材料,该材料作为锂离子电池负极材料时,在0.5 C下循环80周后可逆容量为889mAh?g-1。每个电流密度下循环15周测其倍率性能,在1 C(0.75A?g-1)、3 C(2.45 A?g-1)、5 C(3.65 A?g-1)、7 C(5.45 A?g-1)、9 C(6.65A?g-1)、11 C(8.55 A?g-1)和13 C(9.65 A?g-1)的可逆容量分别为765mAh?g-1、587mAh?g-1、506mAh?g-1、425mAh?g-1、348mAh?g-1、320mAh?g-1和307 mAh?g-1
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