碳納米管支撐多孔碳超級電容器電極材料ppt課件

1、碳納米管支撐多孔碳超級電容器碳納米管支撐多孔碳超級電容器電極材料電極材料1 太陽能電池太陽能電池 殺殺菌菌電容器電容器生物傳感器生物傳感器燃料電池燃料電池場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管 氣敏氣敏殺菌殺菌DSSC大分子交聯(lián)劑大分子交聯(lián)劑 研究背景研究背景2 研究背景研究背景 碳基材料碳基材料贗電容材料贗電容材料比電容（比電容（C Ccellcell) )較低較高電化學(xué)窗口電化學(xué)窗口( (V V) )較寬(3V)較窄（5 123炭包覆的碳納米管的制備及超級電容性能研究炭包覆的碳納米管的制備及超級電容性能研究 水熱組裝法制備碳納米管網(wǎng)支撐的多孔碳超級電容器電極材料水熱組裝法制備碳納米管網(wǎng)支撐的多孔碳超級電

2、容器電極材料 酸功能化碳納米管對多孔碳材料儲(chǔ)能活性及穩(wěn)定性的增強(qiáng)作用酸功能化碳納米管對多孔碳材料儲(chǔ)能活性及穩(wěn)定性的增強(qiáng)作用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6 付昱，田春貴付昱，田春貴* *，孫立，林海波，孫立，林海波* *，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2019,34,2389-23942019,34,2389-23941：炭包覆的碳納米管的制備及超級電容性能研究：炭包覆的碳納米管的制備及超級電容性能研究 + +-環(huán)糊精環(huán)糊精MWCNTs研磨研磨熱處理熱處理炭包覆的碳納米管炭包覆的碳納米管炭炭 MWCNTs炭包覆碳納米管的實(shí)驗(yàn)流程示意圖炭包覆碳納米管的實(shí)驗(yàn)流程示意圖7 圖圖 1 a 1 a未處理的未處理

3、的MWCNTs, b) MWCNTs, b) 環(huán)糊精碳化制備的碳環(huán)糊精碳化制備的碳C C 樣品樣品, , 以及以及 c) c) C/MWCNTs-2 C/MWCNTs-2 復(fù)合體復(fù)合體, d) , d) 圖圖C C中標(biāo)記位置的放大圖中標(biāo)記位置的放大圖. e) . e) 和和 f) f) C/MWCNTs-2 C/MWCNTs-2 樣品的樣品的TEMTEM照片照片. . 結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能圖圖5 5 不同樣品的電化學(xué)性能不同樣品的電化學(xué)性能C/AMWCNTs復(fù)合碳材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能復(fù)合碳材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能.當(dāng)電流當(dāng)電流密度為密度為 0.5A/g時(shí)，時(shí)，C/MWC

4、NTs -2復(fù)合材料的質(zhì)量比電容復(fù)合材料的質(zhì)量比電容為為145F/g, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MWCNT(44 F/g)和和 C(64 F/g).付昱，田春貴付昱，田春貴* *，孫立，林海波，孫立，林海波* *，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2019,34,2389-23942019,34,2389-23948 2: 酸功能化碳納米管對多孔碳材料儲(chǔ)能活性及穩(wěn)定性的增強(qiáng)作用酸功能化碳納米管對多孔碳材料儲(chǔ)能活性及穩(wěn)定性的增強(qiáng)作用 以上工作表明將碳納米管與碳環(huán)糊精結(jié)合可以改善材料的儲(chǔ)能性能，但是由于碳納米管與環(huán)糊精之間相互作用較弱，導(dǎo)致兩者結(jié)合不是十分緊密，并且材料比表面積很小,從而使得材料性能提高

5、幅度不大。因而，提高環(huán)糊精和碳納米管之間的相互作用力和材料的比表面積對于提高最終碳基材料性能十分必要。付昱，田春貴付昱，田春貴* *，孫立，林海波，孫立，林海波* *，應(yīng)用化學(xué)，應(yīng)用化學(xué), 2019, 30,1065-1072, 2019, 30,1065-10729 付昱，田春貴付昱，田春貴* *，孫立，林海波，孫立，林海波* *，應(yīng)用化學(xué)，應(yīng)用化學(xué), 2019, 30,1065-1072, 2019, 30,1065-1072結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能圖圖1. AMWCNTs/PC-12-41. AMWCNTs/PC-12-4樣品不同放大倍數(shù)的透射電鏡圖樣品不同放大倍數(shù)的透射

6、電鏡圖圖圖2. 2. 不同樣品的電化學(xué)性能不同樣品的電化學(xué)性能 在這一體系中在這一體系中, , 由于由于AMCNTsAMCNTs與環(huán)糊精有了更好的復(fù)合與環(huán)糊精有了更好的復(fù)合, ,同時(shí)活化過程又有效的增加了碳材料同時(shí)活化過程又有效的增加了碳材料的比表面積的比表面積, ,與前一步工作合成的與前一步工作合成的C/MWCNTs-2(145F/g)C/MWCNTs-2(145F/g)相比相比,AMWCNTs/PC-12-4,AMWCNTs/PC-12-4具有較高的比電容具有較高的比電容(156F/g).(156F/g).10 我們采用糖為軟碳源，結(jié)合水熱組裝-碳化路線制備碳納米管網(wǎng)支撐的多孔碳超級電容器

7、電極材料。(糖在水熱條件下可發(fā)生聚合，由于酸化碳納米管具有豐富的功能團(tuán)，糖優(yōu)先在碳管上聚合，形成碳管支撐的聚合碳，碳化-活化后得到具有高電化學(xué)性能的電極材料)3:水熱組裝法制備碳納米管網(wǎng)支撐的多孔碳超級電容器電極材料水熱組裝法制備碳納米管網(wǎng)支撐的多孔碳超級電容器電極材料 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498葡萄糖葡萄糖AMCNTsPC復(fù)合體復(fù)合體AMCNTs多孔碳多孔碳AMCNTs實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 流流 程程11 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Hai

8、bo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498圖圖1. PCACNTs-30-14樣樣品不同放大倍品不同放大倍數(shù)數(shù)的透射的透射電鏡圖電鏡圖 結(jié)構(gòu)表征結(jié)構(gòu)表征圖圖2. PCACNTs-30-14樣樣品的品的a) XRD和和b)Raman 圖圖 圖圖3. PCACNTs-30-14樣樣品的吸附品的吸附脫脫附等附等溫線溫線和材料的孔和材料的孔徑徑分布曲分布曲線圖線圖 1712 m2 g-1 for PCACNTs-30-1412 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 20

9、19, 48, 44914498電化學(xué)性能電化學(xué)性能AMCNTsAMCNTs網(wǎng)支撐的多孔碳表現(xiàn)出優(yōu)良的電化網(wǎng)支撐的多孔碳表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為學(xué)性能。當(dāng)電流密度為0.5A/g0.5A/g時(shí)時(shí), PCA, PCACNTsCNTs質(zhì)量比電容質(zhì)量比電容210F/g210F/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MWCNTMWCNTs/C(145F/g)s/C(145F/g)和和AMWCNTs/PC(156F/g) AMWCNTs/PC(156F/g) 。即使電流密度增加到即使電流密度增加到5A/g5A/g時(shí)時(shí), ,材料的比電材料的比電容仍然能達(dá)到容仍然能達(dá)到168F/g,168F/g,說明材料具有很好

10、說明材料具有很好的倍率特性。的倍率特性。圖圖4. 4. 樣品的電化學(xué)性能樣品的電化學(xué)性能13 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498在 KOH 電解液中，復(fù)合材料在功率密度為500 Wkg-1時(shí)，能量密度為 6.52 Wh kg-1;在 Et4NBF4-PC 電解液中,復(fù)合材料在功率密度為10 KWkg-1時(shí)，能量密度為 29.4 Wh kg-1 圖圖5. a)5. a)材料的交流阻抗譜圖材料的交流阻抗譜圖; ; b) b)材料電極穩(wěn)定性的測試圖材料電極穩(wěn)定性的測試圖圖圖6.

11、 6. 材料電極的能量密度與功率密度關(guān)系圖材料電極的能量密度與功率密度關(guān)系圖14 結(jié)結(jié) 論論1 1、以碳納米管為硬碳導(dǎo)電碳組分，與軟碳多孔碳有、以碳納米管為硬碳導(dǎo)電碳組分，與軟碳多孔碳有 效結(jié)合，可以同時(shí)改善材料的傳質(zhì)和傳荷能力，提高儲(chǔ)能特效結(jié)合，可以同時(shí)改善材料的傳質(zhì)和傳荷能力，提高儲(chǔ)能特性性MWCNTs/CMWCNTs/C，145F/g)145F/g)；2 2、碳納米管的功能化使其具有很多極性基團(tuán)，這使碳納米管、碳納米管的功能化使其具有很多極性基團(tuán)，這使碳納米管與環(huán)糊精有效的進(jìn)行均勻復(fù)合，這一結(jié)構(gòu)使得最終的材料具與環(huán)糊精有效的進(jìn)行均勻復(fù)合，這一結(jié)構(gòu)使得最終的材料具有優(yōu)良的儲(chǔ)能特性有優(yōu)良的儲(chǔ)

12、能特性AMWCNTs/PCAMWCNTs/PC，156F/g156F/g）；）；3 3、水熱合成法與一般的機(jī)械混合法相比、水熱合成法與一般的機(jī)械混合法相比, ,更有效的得到更有效的得到AMCNTsAMCNTs網(wǎng)支撐的多孔碳結(jié)構(gòu)網(wǎng)支撐的多孔碳結(jié)構(gòu), , 這一結(jié)構(gòu)賦予復(fù)合碳材料更優(yōu)這一結(jié)構(gòu)賦予復(fù)合碳材料更優(yōu)良的電化學(xué)性能良的電化學(xué)性能(210F/g)(210F/g)。這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于。這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MWCNTs/CMWCNTs/C和和AMWCNTs/PCAMWCNTs/PC復(fù)合材料。復(fù)合材料。15 氮摻雜晶態(tài)多孔碳材料的合成設(shè)計(jì)及其性能的研究氮摻雜晶態(tài)多孔碳材料的合成設(shè)計(jì)及其性能的研究合成路線合成路線圖

13、圖2. NPGC 樣樣品不同放大倍品不同放大倍數(shù)數(shù)的透射的透射電鏡圖電鏡圖 圖圖3. PCACNTs-30-14樣樣品的品的a) XRD, b)Raman, c)吸附吸附脫脫附等附等溫線溫線, 孔孔徑徑分布曲分布曲線線和和XPS譜圖譜圖 Li Sun, Chungui Tian, Yu Fu, Ying Yang, Jie Yin. Chem. Eur. J. DOI: 10.1002/chem.201903345 圖圖1.NPGC1.NPGC材料的實(shí)驗(yàn)流程示意圖材料的實(shí)驗(yàn)流程示意圖1027 m2 g-1 7.72 wt% 16 NPGCNPGC材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能

14、. .當(dāng)電流密度為當(dāng)電流密度為 1 A g-1 1 A g-1 時(shí)，時(shí)，NPGCNPGC材料的比電容材料的比電容為為293F g-1. 293F g-1. 尤其在有機(jī)電解液尤其在有機(jī)電解液(Et4NBF4-PC),NPGC(Et4NBF4-PC),NPGC在功率密度為在功率密度為10.5 KW kg-110.5 KW kg-1時(shí)，時(shí)，能量密度為能量密度為 47.5 Wh kg-1. 47.5 Wh kg-1.Li Sun, Chungui Tian, Yu Fu, Ying Yang, Jie Yin. Chem. Eur. J. DOI: 10.1002/chem.201903345 氮摻雜

15、晶態(tài)多孔碳材料的合成設(shè)計(jì)及其性能的研究氮摻雜晶態(tài)多孔碳材料的合成設(shè)計(jì)及其性能的研究圖圖4. NPGC4. NPGC樣品的電化學(xué)性能樣品的電化學(xué)性能17 發(fā)表論文清單發(fā)表論文清單1、Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498;2、付昱、付昱,孫立孫立,田春貴田春貴,林海波林海波,*炭炭/碳納米管復(fù)合材料的制備及超級電容碳納米管復(fù)合材料的制備及超級電容性能研究性能研究, 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2019,34,2389-2394; 3、付昱、付昱,孫立孫立,田春貴田春貴,林海波林海波,*酸功能化碳納米管對多孔碳材料儲(chǔ)能活酸功能化碳納米管對多孔碳材料儲(chǔ)能活性及穩(wěn)定性的增強(qiáng)作用性及穩(wěn)定性的增