硼/氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能

以煤系腐殖酸铵为前体,硼酸为多功能助剂,在700℃和800℃下一步炭化成功制备了B/N共掺杂多孔碳纳米片,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,该B/N共掺杂多孔碳纳米片具有发达的孔结构和较高的中孔率（36.15%和40.84%）,富含氮（6.04%和6.01%）、硼（3.97%和4.18%）、氧（17.01%和16.87%）等杂原子,赋予相应电极材料较好的导电性、良好的润湿性和快速的离子扩散性能。BNHC-700和BNHC-800在0.05A/g电流密度下的比电容分别为114F/g和118F/g,后者还具有优异的倍率性能（5A/g下的比电容保持率高达75.21%）。BNHC-700和BNHC-800的循环稳定性良好,在2.5A/g电流密度下10000次恒流充放电后的比电容保持率分别高达99.84%和98.57%。     

氮硼掺杂菌糠炭：蜂窝结构用于电极材料

绿色可再生、储量丰富且成本低廉的农林废弃物在能源转化利用领域具有重要位置。本文利用中国北方最常见的农林废弃物菌糠为原料,分别以氢氧化钾、硼酸铵为活化剂和掺杂剂,通过简单的高温煅烧法制备了具有蜂窝结构的氮硼双掺杂菌糠炭（NBFC）。NBFC的微观形貌和物理结构表征结果显示：NBFC-3为表面粗糙的蜂窝状多孔材料,孔径集中在2nm左右,比表面积高达2968.48m²/g,具有相互连接的微介孔网络结构。电化学性能测试结果表明：当电流密度为0.5A/g时,NBFC-3的比电容高达297.2F/g。即使当电流密度增加到10A/g后,比电容仍可达218.5F/g,在循环5000圈后（电流密度为5A/g）,比电容保持率为94.5%,展现了良好的倍率性能和显著的电化学稳定性。综上,NBFC是一种极有潜力的电化学储能材料。该研究也为农林废弃物菌糠的高效利用提供了新思路。     

棒状V3O7?H2O电极材料的制备及印刷超级电容器

以五氧化二钒（V2O5）为原料,利用溶剂热法一步制备一水合七氧化三钒（V3O7?H2O）纳米棒,以V3O7?H2O纳米棒为电极材料,探究丝网印刷工艺对电极电化学性能的影响,结合丝网印刷制备电极并组装超级电容器。采用SEM、EDS、XPS、FTIR等对样品的形貌与结构进行表征,结果表明已成功制备V3O7?H2O纳米棒。在电化学测试中,丝网印刷电极比电容可达268.0 F/g（电流密度为0.3 A/g）,经过5000次循环后比电容保持率85.9%,优于涂抹电极的比电容（246.0 F/g）和比电容保持率（68.0%）,这得益于丝网印刷的油墨规则排列的结构。此外,组装的纽扣超级电容器同样表现出优异的电化学性能,比电容和电容保持率为134.2 F/g（0.5 A/g电流密度）和91.2%（5000次充放电循环）,且当功率密度为413.0 W/kg时,能量密度最高可达22.0 W?h/kg。本研究为后续印刷储能器件的研究提供了一条可供借鉴的思路。     

草酸钾-尿素协同活化法制备超大比表面积面粉基多级孔炭及其电化学储能应用

基于草酸钾-尿素对小麦面粉的溶胶化润胀和渗透作用,制备了超大比表面积的氮/氧共掺杂型多级孔炭材料。实验结果表明,选择小麦面粉与草酸钾的质量比为1∶1.5时,通过添加适量尿素作为造孔助剂和掺杂改性剂,可以有效优化多孔炭材料的孔隙结构和表面理化性质,所制备的多级孔炭样品的最大比表面积达3192m²/g,微孔和中孔孔容分别为1.48cm³/g和0.55cm³/g。电化学分析结果显示,在三电极体系中,当电流密度为0.5A/g时,多孔炭电极样品KNPC-7.5-7.5的比电容可达284F/g,并具有理想的倍率性能。基于KNPC-7.5-7.5电极材料所组装的扣式对称型超级电容器,在5A/g下循环充放电5000次后仍保有95.6%的起始电容值,且在223.6W/kg功率密度下呈现出23.7Wh/kg的高能量密度。     

紫菜衍生的氮掺杂分级多孔炭制备及其超级电容性能

紫菜不仅廉价易得，而且富含蛋白质。以紫菜为原料，提供炭源和氮源，先预炭化获得粗炭，再以KOH活化造孔实现氮掺杂分级多孔炭材料的制备。当KOH与粗炭比为2∶1时所获得的氮掺杂多孔炭材料(NDHPC-2)具有最丰富孔隙和最佳蜂窝状分级孔结构，其比表面积高达1975.2m²/g，介孔占比41.2%，掺氮原子含量4.3%。此外，电化学测试表明，三电极体系中NDHPC-2的最大比电容为185.4F/g，同时兼具良好倍率性能、库仑效率和循环稳定性。基于此炭材料，进一步组装了NDHPC-2//NDHPC-2对称超级电容器，单个器件最大能量密度为6.7Wh/kg，并依旧保持了出色的倍率性质、库仑效率和反复充放电稳定性。比如在10A/g高电流密度下连续充放电10000次，整个实验过程的库仑效率始终接近100%，电容损失亦几乎可忽略不计。无论三电极还是两电极体系，NDHPC-2多孔炭材料的超级电容性能均可媲美甚至超过许多已报道的生物质多孔炭材料的电化学表现，展现了较好的储能优势和实际应用潜能。     

木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料的制备及其电化学性能

以木质素纳米颗粒（LNPs）负载的天然纤维复合材料为研究对象,利用KOH活化的方法对其进行处理制备生物质基复合多孔活性碳纤维电极材料。随后在三电极体系中对合成的复合多孔活性碳纤维电极材料进行了电化学性能测试。研究表明,在0.5A/g的电流密度下,KOH活化的复合碳纤维电极材料的比电容为351.13F/g,远高于相同条件下未活化的复合碳纤维电极材料的比电容（7.88F/g）和未负载LNPs的天然纤维基活性碳纤维材料（306.50F/g）。而且在活化过程中,负载在纤维表面的LNPs会形成多孔的活性碳层结构,这会进一步提高复合活性碳纤维材料的循环稳定性,同时LNPs中丰富的羟基赋予复合材料额外的赝电容。在10A/g的电流密度下经过10000次循环后,复合活性碳纤维电极材料的电容保持率仍然为95%,高于未负载LNPs的活性碳纤维电极材料的电容保持率87%。结果表明,木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料是一种理想的电极材料,本研究也为LNPs在生物质碳纤维作为储能电极材料的高值化应用提供了一条新途径。     

石油焦基多孔炭电极材料的制备及调控

以石油焦为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制得中孔丰富、比表面积高的多孔炭。通过硝酸铁溶液浸渍,再经高温热处理,或在高温过程中通入CO2,对多孔炭进行孔结构深度调控。将所制多孔炭用作电化学电容器电极材料,通过恒流充放电、循环伏安测试其电化学性能,采用氮气吸附法测定多孔炭的比表面积及孔径分布。结果表明:KOH与石油焦质量比为3∶1,活化温度850℃,活化时间90 min时,可以制得比表面积为2 738 m2/g,总孔容为1.51 cm3/g,中孔率为43.2%的多孔炭,在电流密度为100 mA/g时,该电极在6 mol/L KOH电解液中的比电容值高达256.6 F/g。多孔炭经金属盐溶液浸渍并经CO2二次活化后,中孔率由43.2%提高至70.7%,尽管因比表面积的下降造成了电极比电容值的下降,但由于中孔率的提高,电极的充放电速率明显加快。     

多孔淀粉基炭微球的制备及其在双电层电容器中的应用

通过简单的无机盐磷酸氢二铵催化稳定化、炭化及不同碱炭比KOH活化制备了高比表面积的多孔淀粉基炭微球材料。采用电子扫描显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及N₂吸脱附测试对实验所制得的炭微球样品的形貌及孔结构进行了分析。结果表明：不同KOH碱炭比制备的多孔淀粉基炭微球材料具有较大的比表面积（﹥2 300 m²/g）,且均含有大量的大孔和微孔,在6 mol/L的 KOH电解液对称的双电层电容器中多孔淀粉炭材料表现出优异的电化学性能,在100 A/g的大电流密度下,炭微球电极材料具有最大的质量比电容高达248 F/g。     

碳酸钾活化一步法制备高比表活性炭及其电容性能的研究

以废弃烟叶为碳源、碳酸钾为活化剂一步法制得烟草基多孔碳。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附分析（BET）和拉曼光谱（Raman）等手段对多孔材料进行表征。结果表明,材料表面含有醚基、羧基等杂原子基团,具有丰富的孔道结构,比表面积高达2 058 m²/g。三电极体系中的电化学性能结果表明,当碳酸钾与废弃烟叶质量比为3∶1时具有最佳储电性能,其在1 A/g电流下比容量可达337 F/g;10 A/g时循环充放电2 000次,材料的容量保持率为97.3%,具有良好的倍率性能和循环稳定性。     

双峰分级多孔炭快速制备及其电化学性能研究

以乙酸钴为模板、柠檬酸为炭源,采用快速升降温工艺,一步模板炭化法制备出分级多孔炭。通过SEM、TEM、XPS、物理吸附等测试手段对多孔炭形貌和结构进行表征。结果显示,所得多孔炭具有典型的中孔-微孔分级孔结构,微孔集中在0.8nm,中孔集中在4 nm,比表面积达753~890 m2/g。采用三电极测试装置测试了所得分级多孔炭在6M KOH电解液中的电容性能,结果显示,随着处理温度的提高,所得分级多孔炭的电容和倍率性能均不断提高。700℃处理所得多孔炭在0.2 A/g电流密度下比电容达到144 F/g;在电流密度为5 A/g时比电容为102 F/g,电容保持率为71%,展现出较好的倍率性能。     

葡萄柚皮多孔碳高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

以柚子皮为碳源(GC),高温氧化碳化(GCO)处理后采用K₂CO₃活化制得GCO600,最佳优化产物GCO600-14具有丰富的网状孔隙,其比表面积达661.7 m²/g。三电极体系中,在1 A/g时,GCO600-14的比电容为413 F/g,电流密度扩大30倍后仍可达到2 896 F/g,为原先的70%;循环5 000圈后比电容仍未原来值的96%。构建的对称性电容器GCO600-14//GCO600-14能量密度为26、20.2 (W·h)/kg时,相应的功率密度分别为720、20 800 W/kg。说明GCO600-14作为新型的、环境友好的储能材料具有潜在的应用前景。     

椰壳基超级电容活性炭的制备及其电化学性能研究

以椰壳炭化料为原料,KOH为活化剂,在不同工艺条件下制备了超级电容器用活性炭电极材料。考察了碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭孔隙结构及其用作电极材料的比电容的影响。结果表明,在KOH与椰壳炭化料质量比为4:1,活化温度800℃,活化时间60 min的条件下,可制得比表面积2891 m²/g,总孔容积1.488 cm³/g,中孔率73.6%,比电容达235 F/g的优质活性炭电极材料。     

氧化铌/木质活性碳纤维复合材料的结构性能表征

以木质活性碳纤维（ACHF）为载体,通过浸渍草酸铌以及改变煅烧温度,制备出不同煅烧温度（400、600和800℃）下的氧化铌/木质活性碳纤维（Nb₂O₅/ACHF）。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X光电子能谱（XPS）和全自动比表面积与孔径分析（BET）仪对制备的氧化铌/木质活性碳纤维结构、表面孔径等进行表征,并初步分析了其电化学性能。研究结果表明：随着煅烧温度的升高,纤维表面生成的正交晶型氧化铌晶体颗粒晶型越好,颗粒直径越大,且表面官能团的C—C键逐渐减少,而C—O键随之增加,比表面积从1 476.65 m²/g（400℃）降至1 302.31 m²/g（800℃）,微孔率下降了10.79个百分点。此外,制备的氧化铌/木质活性碳纤维具有极好的双电层电容和赝电容特性,800℃煅烧的样品Nb₂O₅/ACHF-800表面具有多级孔隙结构,有利于其电化学性能,在电流密度为1 A/g的KOH电解液中比电容可达155 F/g。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

N,P co-doped porous graphene with high electrochemical properties obtained via the laser induction of cellulose nanofibrils

Cellulose and its derivatives are natural materials with high carbon contents, but it is challenging to convert their carbon into high value-added carbonaceous materials (e.g., graphene). Here, an approach to convert the carbon in cellulose into N, P co-doped porous graphene (LIG) materials via laser induction is proposed. Cellulose nanofibrils (CNFs), a cellulose derivative with high dispersion uniformity and abundant surface hydroxyl groups, were easily formed on a bulk substrate (thickness ≥ 5 mm) containing ammonium polyphosphate (APP). Then, a 10.6 μm CO₂ laser was used to scribe for 1-5 passes on the CNFs/APP substrate under an ambient environment to produce N, P co-doped porous LIG. Upon increasing the number of laser scribing passes, the I_G/I_D of LIG first increased and then decreased, reaching a maximum of 1.68 at 4 passes. The good pore structure and low resistance also showed that 4 laser passes were ideal. Besides, the N, P co-doped LIG also showed excellent electrochemical performance, with a specific capacitance of 221.4 F?g^-1 and capacitance retention of 89.9%. This method exploits the advantages of nanocellulose and overcomes the difficulties associated with directly compounding cellulosic materials, providing a method for the further development of biomass nanomaterials.     

氮掺杂微孔活性炭制备及其超级电容性能

以土豆为碳源,乙二胺为氮源,氢氧化钾为活化剂制备具有微孔结构高比表面积氮掺杂活性炭。通过N_2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和元素分析研究活性炭比表面积、孔结构、形貌及元素组成,并测试其电化学性能。结果表明,当碱碳质量比为5∶1时(NC600-800-5),活性炭材料比表面积最高2 440 m~2·g~(-1)、孔容最大1.07 cm~3·g~(-1)、孔径最大0.82 nm和1.80 nm。电流密度1 A·g~(-1)时比电容可达370 F·g~(-1),经3 000次循环充放电后,比电容保持率为95.2%。     

珊瑚状氮掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

在三聚氰胺为氮源、碳酸钾为活化剂的条件下,由菜籽饼制得了珊瑚状氮掺杂分级多孔碳(CNPCs)。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、氮吸脱附等表征手段,研究了三聚氰胺的用量对CNPCs微观形貌、组成及孔隙结构的影响。结果表明,当三聚氰胺的用量为2 g时,所得CNPC₂的比表面积达2050 m²·g^-1。以6 mol·L^-1 KOH为电解液,在0.05 A·g^-1的电流密度下,CNPCs的比容可达274 F·g^-1;当电流密度为50 A·g^-1时,CNPCs的比容为169 F·g^-1,显示了优异的倍率性能。经过10000次充放电测试后,比容保持率达96%,展现了良好的循环稳定性。此工作为从生物质大规模生产高性能储能用多孔碳材料提供了一种简单、绿色的方法。     

木质素基活性炭氮掺杂改性及其电化学性能

以磷酸法木质素基活性炭为原料, 三聚氰胺为氮源、KOH为活化剂, 采用同步掺杂方式制备了氮掺杂活性炭(NAC)。通过BET、XRD、拉曼光谱和XPS表征手段测试了改性后活性炭的结构及其组分, 并通过电化学表征手段, 测试了其作为超级电容器电极材料在几种不同性质电解液中的性能, 初步探究了电解液对电极材料电化学性能的影响机制。实验结果表明: 改性后的活性炭具有丰富的孔结构, 比表面积达到2 332 m²/g, 微孔孔容为1.37 cm³/g, 中孔孔容为0.74 cm³/g, 平均孔径为2.79 nm, 含氮元素7.5%, 其中类石墨型氮(N-Q)结构达到34.6%。丰富的孔结构和氮含量大幅提升了活性炭的电化学性能, 其在水系电解液中展现出了高比电容, 在1 A/g的电流密度下比电容最高可达424 F/g; 在有机系电解液中, 尽管其在1 A/g的电流密度下比电容最高仅为87 F/g, 由于其工作电压窗口更宽(0~2.5 V), 因此具备了更高的能量密度。对结果进行分析, 发现: 活性炭电极材料在水系电解液中的性能主要受电解液水合离子半径影响, 而在有机系电解液中的性能主要受电解液黏度的影响。