由MOF-5制备的活性多孔碳及其超级电容特性

以金属-有机骨架化合物MOF-5为原料,900℃直接炭化制备多孔碳电极材料,并进一步在浓HNO3中活化得到活性多孔碳(APC)。用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附等温线等对样品的结构与形貌进行表征。并且以APC材料为超级电容器的电极材料组装成扣式电容器进行循环伏安、恒流充放电、漏电流、自放电、循环寿命等电化学测试。结果表明:样品的比表面积为654 m2/g,并且其孔结构是由微孔、介孔和大孔组成,其最可几孔径为1.93 nm;用APC材料作电极材料组装的超级电容器有良好的电化学性能,在1 A/g充放电电流密度下,APC电容器的比电容可达72 F/g,循环5 000次后,比电容几乎没有减少。     

ZnCo-MOF-74衍生纳米球ZnO/ZnCo2O4的超级电容性能

双金属MOF-74独特的结构性能是构建多孔材料的理想前驱体之一。以ZnCo-MOF-74作为前驱体,通过高温煅烧法制备衍生物ZnO/ZnCo₂O₄纳米球,并对材料的结构和形貌进行分析。在6 mol/L KOH溶液的三电极体系中测试样品的电化学性能,在电流为1.0 A/g、n(Zn)∶n(Co)=1∶1时制得的ZnO/ZnCo₂O₄,比电容达1 047.8 F/g,高于其他比例下所得到的混合金属氧化物。ZnO/ZnCo₂O₄的高比电容和良好的倍率性能归因于较大的比表面积和双金属的协同效应。以n(Zn)∶n(Co)=1∶1合成的纳米球ZnO/ZnCo₂O₄为正极材料、活性炭为负极材料制备的不对称超级电容器,在0.5 A/g下的比电容为74.3 F/g,在比功率536.3 W/kg时,比能量为26.4 W·h/kg;以10.0 A/g电流在0～1.6 V循环2 000次后,电容保持率为81.3%。     

氮前驱体对含氮多孔炭电化学性能的影响

以纤维素为碳源,分别以尿素、三聚氰胺、哌嗪、L-组氨酸为氮源,以氢氧化钾为催化剂和活化剂,通过水解-交联-炭化过程,制备了一系列含氮多孔炭。通过氮气吸脱附、元素分析以及XPS等手段表征了材料的孔结构参数以及元素组成,并采用循环伏安法、恒电流充放电法以及交流阻抗法检测了含氮多孔炭的电化学性能。实验结果表明,吡啶氮对于多孔炭电化学性能改进效果最好,氮前驱体中的N=C键是决定含氮多孔炭中吡啶氮含量的关键因素;以三聚氰胺为氮源得到的含氮多孔炭吡啶氮的比例最高,且具有最高的比表面积2 210 m~2/g;当电流密度为0.1 A/g时,其整体比电容可达44.4 F/g,当电流密度提高至20 A/g时,其容量仍可达到35.8 F/g,倍率性能最好。     

中孔脲醛树脂炭用作超级电容器电极材料

采用甲酸作为催化剂,以尿素和甲醛为原料,通过控制脲醛摩尔比例制备具有不同孔结构的脲醛树脂微球,并进一步碳化处理得到具有发达中孔的脲醛树脂基炭微球。采用扫描电镜、透射电镜、N2吸附手段对所得两种前驱体及碳化产品的形貌与孔结构进行了表征;采用循环伏安法和恒流充放电法,在质量分数30%KOH电解液中对其充放电性能进行了研究。结果表明,所制备的中孔炭BET比表面积达到609 m2/g,总孔容达到1.15 cm3/g。在50 mA/g的充放电电流密度下中孔炭样品UF0.4-800的比电容达到了205 F/g,电流密度10 A/g时与50 mA/g时比电容的比值C10 000/50为67%。说明具有丰富孔结构的脲醛树脂基炭微球是一种具备大电流充放电潜力的超级电容器电极材料。     

柚子皮基多孔碳的制备及电化学性能

以生物质为原料制备多级孔径分布的高质量多孔碳。在室温下用磷酸(H_3PO_4)浸泡柚子皮，利用冷冻干燥保护原有多元素组分和多孔隙结构，通过一步碳化法制备多孔碳材料。材料的比表面积达1 090 m~2/g，总孔容为0.754 cm~3/g，微孔体积为0.078 cm~3/g，平均孔径为2.77 nm。使用该材料的超级电容器具有良好的倍率性能和循环稳定性，在-0.2～0.7 V充放电，电流为1 A/g时的比电容达到89 F/g;电流增加至20 A/g时，比电容仍有56 F/g，循环100 000次的电容保持率为97.24%。     

微波法制备的高比电容多孔炭的微结构

以石油焦为原料、KOH为活化剂,制备了超级电容器用多孔炭.微波法制备的多孔炭的BET比表面积为1 951.06cm2/g,比电容为288 F/g;电炉法制备的多孔炭的BET比表面积为2 376.73 m2/g,比电容为256 F/g.微波法制备的多孔炭比电炉法制备的多孔炭的有序度更大.     

羽毛状Co3O4材料的制备及电化学性能的研究

采用一步水热法和煅烧法制备了Co₃O₄电极材料,通过物相、形貌表征和电化学测试发现,制备的Co₃O₄具有羽毛状二维网络结构,可以增加与电解液的接触面积,增加了活性位点,提高了电化学性能;制备的Co₃O₄电极材料的比电容达到了679.51 F/g,其循环伏安测试曲线以及恒电流充放电测试曲线对称性完美,材料可逆性良好,材料的阻抗较低;在1 A/g电流密度下进行恒电流充放电测试,3 000次循环后,其比电容仍然能保持初始值的79.3%,电化学稳定性良好;Co₃O₄电极材料具有优异的电化学性能,在超级电容器电极应用方面具有广阔的应用前景。     

CO2活化氮掺杂炭气凝胶的制备及其性能研究

以间苯二酚、甲醛、氧化石墨烯和三聚氰胺为原料,通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂炭气凝胶,再对其进行CO₂活化。用X射线衍射光谱法（XRD）、扫描电子显微镜法（SEM）、X射线光电子光谱法（XPS）和N₂吸附等进行物理性能分析,用交流阻抗谱、恒流充放电测试等进行电化学性能测试。随着活化温度的提高,材料表面形成了密集的具有大量孔的内部相互交联的网络结构。当活化温度为900℃时,所制备的样品比表面积最高,由NCAG-4的1 194 m²/g增大到CO₂-900-NCAG-4的1 849 m²/g。在经过活化以后,CO₂-900-NCAG-4表现出了最佳的电化学性能,将其组装成超级电容器,充放电循环2 000次后电容保持率达94.31%。     

以MgO为模板制备超级电容器用电极材料

以热固性酚醛树脂(PF)为炭前驱体,柠檬酸镁为模板MgO的前驱体,制备了中孔炭材料。结合N2吸脱附等温线及透射电子显微镜法(TEM)照片推断出所得中孔炭的孔结构为平行板型狭缝孔。将中孔炭材料用作超级电容器的电极材料,并在质量分数30%KOH电解液中对其进行循环伏安性能和恒流充放电测试。以MgO∶PF质量比8∶2制备的样品炭材料的比表面积为1 722 m2/g,在50 mA/g的电流密度下比电容为186.8 F/g。另外,以MgO∶PF质量比7∶3制备的样品具有合适的中孔比例,因而在高电流密度下表现出较好的倍率特性,C1000/C50(电流密度分别为1 000和50 mA/g时的比电容之比)达89.5%。     

低温固相法制备二氧化锰/活性炭复合材料

采用低温固相法制备了超级电容器用二氧化锰(MnO2)/活性炭(AC)复合材料,用XRD、SEM、循环伏安(CV)和恒流充放电测试研究了掺杂量对产物性能的影响。产物的粒径为1～10μm。AC的最佳掺杂量为7%,在0～0.8 V充放电,该样品的100 mA/g首次放电比电容为375 F/g,第100次和1 000次300 mA/g循环的放电比电容分别为99 F/g和74 F/g。