嵌段共聚物负载含钒离子及其炭化氮化制备高性能超级电容器电极材料的研究

摘要

相比较于种类丰富和电化学性能优良的超级电容器用正极材料，对负极材料的研究相对较少。对于超级电容器器件来说，单电极材料性能的优异，并不能满足器件整体的需求，这就使得对其负极材料的研究，显得尤为迫切。据此，本课题提出了制备过渡金属氮化物/炭材料的复合物电容器负极材料的新的合成方法。经过实验分析，得到如下结论：
　　1)以PAA-b-PAN-b-PAA为聚合物前躯体，以PAA链段为离去链段和负载链段，在DMF和H2O环境下，使聚合物发生自组装同时负载VO3-,在氨气氮气混合气体氛围下高温烧结，制备原位量子点氮化钒@碳纳米球复合材料。制备的复合材料相比较于传统高温制备的VN材料，具有优异的电化学性能。系统的研究了不同比例的VO3-对复合物材料性能的影响，总结了造成良好电化学性能的原因。其中包括，离去链段在高温条件下，还充当了缓释链段的作用，这使得所制备的复合材料具有更多的电化学反应位点。且PAA链段在高温下炭化，并不能完全离去，会有部分的残炭，适量的残炭对于作为壳机构的氮化钒纳米粒子具有保护作用，使得复合材料具有良好的循环稳定性。在该工作中，复合物材料的最高容量为119.2F/g，计算VN贡献的容量可以达到229.7F/g，而在循环5000圈后，容量保持率仍可以达到65.4％。
　　2)以PAN-b-PDMC-b-PAN为聚合物前躯体，以PDMC链段做离去链段和负载链段，在DMSO和H2O条件下，使聚合物自组装形成骨架结构，在骨架结构表面成功负载VO3-。在同样的气体氛围和环境温度的条件下，复合物前躯体形成VN/C复合物。该复合物由于更为良好的空间结构，呈现出更为优异的电化学性能。一方面是物质的容量进一步提高，复合物材料的容量可以达到195.7F/g,而计算VN贡献的容量可以高达587.1F/g。另一方面，循环稳定性进一步提高，在恒流充放电5000圈后，容量保持率仍可以达到75%。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2超级电容器概述

1.2.1 超级电容器储能机理及分类

1.2.2 超级电容器电极材料研究概述

1.3主要两类超级电容器负极材料研究现况及进展

1.3.1 炭材料的研究进展

1.3.2 过渡金属氮化物、碳化物及其复合材料的研究进展

1.4 两亲性的嵌段共聚物的制备及其聚合物造炭技术

1.4.1 两亲性嵌段共聚物

1.4.2 RAFT聚合

1.4.3 RAFT聚合制备嵌段共聚物直接造炭技术

1.5 课题提出的研究思路及相关研究内容

1.5.1 课题的提出

1.5.2 课题研究主要内容

第2章 碳纳米球负载量子点氮化钒材料的制备及其电化学性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1化学试剂与实验仪器

2.2.2实验仪器设备

2.2.3两亲性嵌段共聚物及其负载过程和电极材料的制备

2.3表征与结果

2.3.1两亲性嵌段共聚物的表征及结果分析

2.3.2电极材料的制备过程及结果分析

2.4本章小结

第3章 构建炭骨架结构负载量子点氮化钒材料的制备及其电化学性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1化学试剂与实验仪器

3.2.2实验仪器设备

3.2.3 嵌段共聚物的制备及其负载NH4VO3构建C/VN电极材料

3.3表征与结果

3.3.1.合成总路线

3.3.2 C/VN复合材料形貌及结构表征

3.3.4 C/VN复合材料电化学性能的表征

3.4本章小结

研究结论

研究展望

参考文献

致谢

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