热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。     

多孔碳纳米线/MnO_2复合材料的制备及其在电化学超级电容器中的应用研究

采用化学气相沉积法(CVD),以1,2-邻二氯苯和二茂铁为前驱体批量制备高纯度多孔碳纳米线(PCNF)。采用微波法将MnO2负载在多孔碳纳米线上从而构筑MnO2/PCNF复合材料。用SEM、TEM、XRD和TGA等测试手段对所得材料进行形貌及结构分析,采用循环伏安和恒流充放电测试检测MnO2/PCNF复合材料的电容特性。实验结果表明,该复合材料比电容较高,循环性能良好,在1000圈循环测试(2A·g-1)后电容保持率为89.3%。     

生物质基多孔碳在超级电容器中的应用进展

介绍了近期国内外生物质多孔碳的最新研究进展,并对以生物质作为前躯体制备多孔碳材料的制备方法、孔结构的控制以及微观形貌的调控等进行了综述,并对其在超级电容器中的应用情况进行了总结和展望。     

分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注.在当前开发的电极材料中,碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐.传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积,但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题.针对上述问题,研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究.本工...     

梧桐絮制备多孔纤维碳材料及其在超级电容器中的应用

以法国梧桐絮为原料、KOH为活化剂,通过碳化制备多孔纤维碳材料,并在此基础上组装了超级电容器器件。通过SEM、EDS、XRD、Raman、FTIR、BET等对制备的多孔纤维碳材料进行表征,并研究了多孔纤维碳材料电极的电化学性能。结果表明:在扫描速率为50 mV·s~(-1)时,800℃下碳化制备的梧桐絮多孔纤维碳材料电极的比电容可以达到236 F·g~(-1);所组装电极在循环10 000次后,比电容仍维持原来的99.8%,表明梧桐絮多孔纤维碳材料在超级电容器领域有巨大的应用潜力。     

夹心型生物碳电极材料的制备及超级电容器性能

选择板栗壳为碳源（CC）,碳化后用KOH活化,制得CC700-OH。对其形貌和性能进行了SEM、TEM、XRD以及BET等表征与测试,发现CC700-OH具有孔/片穿插的夹心结构,在1 A/g时比电容为540 F/g,循环6000圈后比电容仍可保持初始值的98%。在二电极体系中,组装CC700-OH//CC700-OH对称电容器,该对称电容器在1 A/g的比电容为106 F g-1,电势窗口宽0~1.6 V,首次库伦效益为0.52。功率密度为800 mW/g时,能量密度为37.3 mW•h/g,当功率密度增加至12000 mW/g时,能量密度仍可为23 mW•h/g。以上研究结果表明用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是可行的。     

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。     

多孔碳负载五氧化二铌及其在超级电容器中的应用

以间苯二酚、甲醛和草酸铌为原料,通过原位聚合和高温煅烧,制备出多孔碳负载的五氧化二铌（Nb₂O₅）材料。X射线粉末衍射和扫描电镜分析表明,负载在多孔碳表面上的五氧化二铌具有三维纳米凸起结构,属于正交晶型。循环伏安测试表明该复合材料的比电容达到290 F·g^-1,并具有良好的大电流放电能力,5 A·g^-1的放电电流下,容量可以达到108 F·g^-1。0.5 A·g^-1的首次放电容量为355 F·g^-1 （1.0~3.0 V vs. Li⁺/Li）,100次循环后容量保持率为82%。通过对交流阻抗图谱和等效电路的模拟分析,对其电化学赝电容特性进行了讨论。该复合材料降低了电解液中离子在充放电过程中的迁移路径和扩散阻力,实现Nb₂O₅活性材料的多维度接触,提高了Nb₂O₅的导电性,改善了其超级电容特性。     

超级电容器用煤基多孔碳改性研究进展

煤炭因其碳含量高、储量丰富及价格低廉,成为优质的多孔碳碳前驱体。以煤炭为原料制备超级电容器用多孔电极材料是实现煤炭高附加值利用的重要方向之一。通过调整孔结构、改善表面化学活性均能有效提高煤基多孔碳电极材料的电化学性能,其中调整孔径分布可利用物理活化和化学活化联合、模板法和化学活化联合以及不同化学活化剂联合3种方法。物理活化和化学活化联合法主要是通过水蒸气或CO₂对KOH活化过程进行辅助,在得到大量微孔的同时获得一定量的介孔,并实现煤基多孔碳孔隙与润湿性的协同调控。模板法与化学活化联合则可在获得与模板剂相同孔结构的同时,通过KOH活化进一步造出丰富微孔,从而实现合理的孔径分布。除使用模板剂外,也可利用碳前驱体自身含有的大量杂质充当自模板。采用不同化学活化剂联合的方法也能实现孔结构的调节,如K⁺和Na⁺的离子尺寸不同,联合利用可得到不同的孔径分布;利用KCl在高温下的流动性,可以将KOH的中间产物带入更广范围和更深层次,从而实现微孔向介孔的转化。改善表面化学活性则可通过炭前驱体预氧化和引入杂原子2种方式。通过强酸或强氧化剂对...     

磷酸镁多孔材料的制备及其在结构超级电容器的应用

以NaHCO₃为引气剂,利用化学发泡法制备磷酸镁多孔材料（MPCPM）,该材料孔径发达、强度较高。利用MPCPM和KOH复合形成结构载体/电解质双连续相系统,并与石墨烯电极组装成一种新型结构超级电容器。研究发现,MPCPM孔隙连通度是影响结构超级电容器电学性能的主要因素。内部连通孔隙结构有利于离子的运输,从而改善结构超级电容器的储能容量。使用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电以及抗压强度测试等方法研究化学发泡剂NaHCO₃掺量及养护龄期对结构超级电容器电学性能和力学性能的影响。NaHCO₃掺量为2.5%时比电容最高可达62.2 F·g^-1,比不掺加NaHCO₃时提高了34.1%。并且当NaHCO₃掺量为2%其比电容为38.79 F·g^-1,同时抗压强度高达18.76 MPa,显示出良好的多功能性。     

法国梧桐枯叶基活性炭的制备及其在超级电容器中的应用

以生物质法国梧桐枯叶为原料,将炭化的枯叶通过KOH化学活化处理,制备法国梧桐枯叶基活性炭（PLAC）。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氮气吸脱附对法国梧桐基枯叶活性炭的形貌、成分、比表面积、孔径分布等进行表征;运用三电极电化学体系,通过循环伏安,恒流充放电,循环稳定性测试,电化学阻抗谱分析法国梧桐枯叶基活性炭的超级电容器电极性能。结果显示,在800℃下碳化,通过KOH活化处理的法国梧桐基活性炭制备的电极,在1 A·g^-1电流密度下,比电容达到266 F·g^-1。电极在5 A·g^-1的电流密度下循环2000次后,比容量仍保留 97.0%,展示出良好的电极性能。     

一步热解活化法制备纳米木质素基多孔炭材料

以木质素为原料,采用管式炉反应器通过一步热解-半活化法获得木质素基多孔炭材料（LPC）。采用氮吸附（BET）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对多孔炭材料的物化性质进行分析。在900℃的恒定炭化温度下,CO₂体积分数为6%、水蒸气体积分数约为20%时,LPC-C₆S₂₀表面具有良好的纳米结构,并且总孔容和比表面积分别达到0.77cm³/g和1497.51m²/g,活化气氛促进了多孔炭材料颗粒趋于均匀和微孔、中孔的形成。LPC样品含有—OH、C—H、C＝C、C—O、C＝O、CO—C、C—N、C＝N等丰富的表面官能团。随着活化剂浓度的变化,这些官能团保持相对稳定。因此,通过该方法获得的样品具有良好的纳米结构,具有较大的孔容、比表面积和表面官能团。     

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。     

Research on synthesis and application of metal-organic frame composites in supercapacitors

Electrode material is a key component of supercapacitors (SCs). As a porous material, metal-organic frameworks (MOFs) have attracted much attention in the field of SCs electrode materials due to their high specific surface area, controllable structure, and adjustable pore size. The low conductivity and stability of MOFs are still the main challenges in practical applications. MOF composite materials are a type of composite materials composed of MOFs and one or more different materials. They can effectively combine the advantages of MOFs with the advantages of other functional materials, such as excellent electrical conductivity and unique electrochemical properties. Therefore, MOF composite materials can achieve high reversible capacity and excellent cycle performance, overcome the shortcomings of MOFs materials, and have broad application prospects in the field of SCs electrode materials. According to the dimensional classification of the materials combined with MOFs, they can be divided into four types of composite materials: 0D, 1D, 2D, and 3D MOFs. The composition and synthesis methods of these four types of composite materials are reviewed. The application of MOF composite materials in the field of SCs is systematically introduced. Furthermore, its development prospects are prospected.     

金属有机框架复合材料在超级电容器中的合成及应用研究

电极材料是超级电容器（SCs）的关键部件,金属有机框架（MOFs）作为一种多孔材料,由于其具有比表面积大、结构可控、孔径可调等优点在SCs电极材料领域得到诸多关注,而MOFs的低导电性和稳定性仍然是实际应用中的主要挑战。MOF复合材料是一类由MOFs与一种或多种不同材料组成的复合材料,它可以有效地结合MOFs和其他功能材料的优势,例如优良的导电性和独特的电化学性质等。因此,MOF复合材料可以实现高可逆容量和优良的循环性能,克服MOFs材料的缺点,在超级电容器电极材料领域具有广阔的应用前景。根据与MOFs复合的材料维度分类,可分为0D、1D、2D和3D MOFs四类复合材料,重点综述了这四类复合材料的组成及合成方法,并系统介绍了MOF复合材料的SCs应用,对其发展前景进行展望。