【摘 要】
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随着化石能源的不断消耗,人们将更多的目光投在新能源领域。碳基材料因为其化学稳定性高、导电性能好、价格低廉、来源广泛等优点被广泛的应用锂离子电池负极材料、钠离子电
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随着化石能源的不断消耗,人们将更多的目光投在新能源领域。碳基材料因为其化学稳定性高、导电性能好、价格低廉、来源广泛等优点被广泛的应用锂离子电池负极材料、钠离子电池负极材料以及超级电容器电极材料等能量储存领域。本论文通过丁二酮肟与二水合醋酸锌的直接固相反应,制备出氮掺杂的分级多孔碳纳米材料,该制备方法简便、节能、对环境友好,具有一定的普适性;所制备的碳材料具有独特的组分与结构,使其在锂离子电池及超级电容器的应用中表现出了优异的电化学性能。主要工作总结如下:(1)采用丁二酮肟和二水合醋酸锌为原料,通过直接低热固相反应法制备出前驱体,对该前驱体进行后续碳化等处理后可进一步制备氮掺杂的碳纳米材料这一目标产物。(2)通过两步法,即碳化热处理(900℃以下)及随后的酸刻蚀,将前驱体进一步转化为氮掺杂的多孔碳纳米材料(表示为NC-T-x,其中NC表示氮掺杂的碳,T为热处理前驱体的温度,x为制备丁二酮肟锌是所用的丁二酮肟与二水合醋酸锌的物质的量之比)。电化学性能测试表明,NC-800-2材料表现出了优异的电化学性能:当其作为锂离子电池负极材料时,在100 mAg-1的电流密度下,充放电循环了 50圈以后,仍可放出高达700 mAh g-1的可逆容量,这远远高于商业化石墨的理论比容量(372mAhg-1);当其作为超级电容器的电极材料时,在1000mAg-1的电流密度下,比电容为134 Fg-1,高于商业化活性炭材料。(3)通过一步法,即高温(900℃以上)热处理,将前驱体进一步转化为氮掺杂的多孔碳纳米材料。电化学性能测试表明,NC-900-2材料表现出了优异的电化学储锂性能:使用其作为锂离子电池负极材料时,在100mAg-1的电流密度下,充放电循环了 100圈以后,仍可放出高达500mAhg-1的可逆容量,高于商业化石墨的理论比容量。使用其作为超级电容器电极材料,表现出优异的超级电容器电极性能:在500 mA g-1的电流密度下,比电容为112 Fg-1,同样高于商业化活性炭材料。
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