碳纳米管支撑多孔碳超级电容器电极材料ppt课件

1、碳纳米管支撑多孔碳超级电容器碳纳米管支撑多孔碳超级电容器电极材料电极材料1 太阳能电池太阳能电池 杀杀菌菌电容器电容器生物传感器生物传感器燃料电池燃料电池场效应晶体管场效应晶体管 气敏气敏杀菌杀菌DSSC大分子交联剂大分子交联剂 研究背景研究背景2 研究背景研究背景 碳基材料碳基材料赝电容材料赝电容材料比电容（比电容（C Ccellcell) )较低较高电化学窗口电化学窗口( (V V) )较宽(3V)较窄（5 123炭包覆的碳纳米管的制备及超级电容性能研究炭包覆的碳纳米管的制备及超级电容性能研究 水热组装法制备碳纳米管网支撑的多孔碳超级电容器电极材料水热组装法制备碳纳米管网支撑的多孔碳超级电

2、容器电极材料 酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用实验内容实验内容6 付昱，田春贵付昱，田春贵* *，孙立，林海波，孙立，林海波* *，高等学校化学学报，高等学校化学学报，2019,34,2389-23942019,34,2389-23941：炭包覆的碳纳米管的制备及超级电容性能研究：炭包覆的碳纳米管的制备及超级电容性能研究 + +-环糊精环糊精MWCNTs研磨研磨热处理热处理炭包覆的碳纳米管炭包覆的碳纳米管炭炭 MWCNTs炭包覆碳纳米管的实验流程示意图炭包覆碳纳米管的实验流程示意图7 图图 1 a 1 a未处理的未处理

3、的MWCNTs, b) MWCNTs, b) 环糊精碳化制备的碳环糊精碳化制备的碳C C 样品样品, , 以及以及 c) c) C/MWCNTs-2 C/MWCNTs-2 复合体复合体, d) , d) 图图C C中标记位置的放大图中标记位置的放大图. e) . e) 和和 f) f) C/MWCNTs-2 C/MWCNTs-2 样品的样品的TEMTEM照片照片. . 结构表征及电化学性能结构表征及电化学性能图图5 5 不同样品的电化学性能不同样品的电化学性能C/AMWCNTs复合碳材料具有优良的电化学性能复合碳材料具有优良的电化学性能.当电流当电流密度为密度为 0.5A/g时，时，C/MWC

4、NTs -2复合材料的质量比电容复合材料的质量比电容为为145F/g, 远远高于远远高于MWCNT(44 F/g)和和 C(64 F/g).付昱，田春贵付昱，田春贵* *，孙立，林海波，孙立，林海波* *，高等学校化学学报，高等学校化学学报，2019,34,2389-23942019,34,2389-23948 2: 酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用 以上工作表明将碳纳米管与碳环糊精结合可以改善材料的储能性能，但是由于碳纳米管与环糊精之间相互作用较弱，导致两者结合不是十分紧密，并且材料比表面积很小,从而使得材料性能提高

5、幅度不大。因而，提高环糊精和碳纳米管之间的相互作用力和材料的比表面积对于提高最终碳基材料性能十分必要。付昱，田春贵付昱，田春贵* *，孙立，林海波，孙立，林海波* *，应用化学，应用化学, 2019, 30,1065-1072, 2019, 30,1065-10729 付昱，田春贵付昱，田春贵* *，孙立，林海波，孙立，林海波* *，应用化学，应用化学, 2019, 30,1065-1072, 2019, 30,1065-1072结构表征及电化学性能结构表征及电化学性能图图1. AMWCNTs/PC-12-41. AMWCNTs/PC-12-4样品不同放大倍数的透射电镜图样品不同放大倍数的透射

6、电镜图图图2. 2. 不同样品的电化学性能不同样品的电化学性能 在这一体系中在这一体系中, , 由于由于AMCNTsAMCNTs与环糊精有了更好的复合与环糊精有了更好的复合, ,同时活化过程又有效的增加了碳材料同时活化过程又有效的增加了碳材料的比表面积的比表面积, ,与前一步工作合成的与前一步工作合成的C/MWCNTs-2(145F/g)C/MWCNTs-2(145F/g)相比相比,AMWCNTs/PC-12-4,AMWCNTs/PC-12-4具有较高的比电容具有较高的比电容(156F/g).(156F/g).10 我们采用糖为软碳源，结合水热组装-碳化路线制备碳纳米管网支撑的多孔碳超级电容器

7、电极材料。(糖在水热条件下可发生聚合，由于酸化碳纳米管具有丰富的功能团，糖优先在碳管上聚合，形成碳管支撑的聚合碳，碳化-活化后得到具有高电化学性能的电极材料)3:水热组装法制备碳纳米管网支撑的多孔碳超级电容器电极材料水热组装法制备碳纳米管网支撑的多孔碳超级电容器电极材料 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498葡萄糖葡萄糖AMCNTsPC复合体复合体AMCNTs多孔碳多孔碳AMCNTs实实 验验 流流 程程11 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Hai

8、bo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498图图1. PCACNTs-30-14样样品不同放大倍品不同放大倍数数的透射的透射电镜图电镜图 结构表征结构表征图图2. PCACNTs-30-14样样品的品的a) XRD和和b)Raman 图图 图图3. PCACNTs-30-14样样品的吸附品的吸附脱脱附等附等温线温线和材料的孔和材料的孔径径分布曲分布曲线图线图 1712 m2 g-1 for PCACNTs-30-1412 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 20

9、19, 48, 44914498电化学性能电化学性能AMCNTsAMCNTs网支撑的多孔碳表现出优良的电化网支撑的多孔碳表现出优良的电化学性能。当电流密度为学性能。当电流密度为0.5A/g0.5A/g时时, PCA, PCACNTsCNTs质量比电容质量比电容210F/g210F/g，远远高于，远远高于MWCNTMWCNTs/C(145F/g)s/C(145F/g)和和AMWCNTs/PC(156F/g) AMWCNTs/PC(156F/g) 。即使电流密度增加到即使电流密度增加到5A/g5A/g时时, ,材料的比电材料的比电容仍然能达到容仍然能达到168F/g,168F/g,说明材料具有很好

10、说明材料具有很好的倍率特性。的倍率特性。图图4. 4. 样品的电化学性能样品的电化学性能13 Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498在 KOH 电解液中，复合材料在功率密度为500 Wkg-1时，能量密度为 6.52 Wh kg-1;在 Et4NBF4-PC 电解液中,复合材料在功率密度为10 KWkg-1时，能量密度为 29.4 Wh kg-1 图图5. a)5. a)材料的交流阻抗谱图材料的交流阻抗谱图; ; b) b)材料电极稳定性的测试图材料电极稳定性的测试图图图6.

11、 6. 材料电极的能量密度与功率密度关系图材料电极的能量密度与功率密度关系图14 结结 论论1 1、以碳纳米管为硬碳导电碳组分，与软碳多孔碳有、以碳纳米管为硬碳导电碳组分，与软碳多孔碳有 效结合，可以同时改善材料的传质和传荷能力，提高储能特效结合，可以同时改善材料的传质和传荷能力，提高储能特性性MWCNTs/CMWCNTs/C，145F/g)145F/g)；2 2、碳纳米管的功能化使其具有很多极性基团，这使碳纳米管、碳纳米管的功能化使其具有很多极性基团，这使碳纳米管与环糊精有效的进行均匀复合，这一结构使得最终的材料具与环糊精有效的进行均匀复合，这一结构使得最终的材料具有优良的储能特性有优良的储

12、能特性AMWCNTs/PCAMWCNTs/PC，156F/g156F/g）；）；3 3、水热合成法与一般的机械混合法相比、水热合成法与一般的机械混合法相比, ,更有效的得到更有效的得到AMCNTsAMCNTs网支撑的多孔碳结构网支撑的多孔碳结构, , 这一结构赋予复合碳材料更优这一结构赋予复合碳材料更优良的电化学性能良的电化学性能(210F/g)(210F/g)。这要远远高于。这要远远高于MWCNTs/CMWCNTs/C和和AMWCNTs/PCAMWCNTs/PC复合材料。复合材料。15 氮掺杂晶态多孔碳材料的合成设计及其性能的研究氮掺杂晶态多孔碳材料的合成设计及其性能的研究合成路线合成路线图

13、图2. NPGC 样样品不同放大倍品不同放大倍数数的透射的透射电镜图电镜图 图图3. PCACNTs-30-14样样品的品的a) XRD, b)Raman, c)吸附吸附脱脱附等附等温线温线, 孔孔径径分布曲分布曲线线和和XPS谱图谱图 Li Sun, Chungui Tian, Yu Fu, Ying Yang, Jie Yin. Chem. Eur. J. DOI: 10.1002/chem.201903345 图图1.NPGC1.NPGC材料的实验流程示意图材料的实验流程示意图1027 m2 g-1 7.72 wt% 16 NPGCNPGC材料具有优良的电化学性能材料具有优良的电化学性能

14、. .当电流密度为当电流密度为 1 A g-1 1 A g-1 时，时，NPGCNPGC材料的比电容材料的比电容为为293F g-1. 293F g-1. 尤其在有机电解液尤其在有机电解液(Et4NBF4-PC),NPGC(Et4NBF4-PC),NPGC在功率密度为在功率密度为10.5 KW kg-110.5 KW kg-1时，时，能量密度为能量密度为 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 氮掺杂

15、晶态多孔碳材料的合成设计及其性能的研究氮掺杂晶态多孔碳材料的合成设计及其性能的研究图图4. NPGC4. NPGC样品的电化学性能样品的电化学性能17 发表论文清单发表论文清单1、Yu Fu, Li Sun, Chungui Tian,* Haibo Lin*. Mater. Res. Bull., 2019, 48, 44914498;2、付昱、付昱,孙立孙立,田春贵田春贵,林海波林海波,*炭炭/碳纳米管复合材料的制备及超级电容碳纳米管复合材料的制备及超级电容性能研究性能研究, 高等学校化学学报高等学校化学学报, 2019,34,2389-2394; 3、付昱、付昱,孙立孙立,田春贵田春贵,林海波林海波,*酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用性及稳定性的增