基于细菌纤维素合成高性能电极材料及其电化学储能的研究

摘要

作为一种新型储能装置，超级电容器由于能提供比电池更高的功率密度，比传统电容器更高的能量密度而备受关注，并且广泛应用到便携式电子设备、备用电源以及电动交通工具等方面。本文以细菌纤维素为基底，采用简单的合成方法制备出高性能的氮掺杂碳纳米纤维、杂原子掺杂碳纳米纤维、二硫化三镍/碳纳米纤维复合物等电极材料。通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、氮气吸脱附测试和电化学测试等表征，对材料的形貌、结构特征和电化学性能进行了详细的探究。
　　(1)以细菌纤维素作为基底，通过原位聚合实现与聚吡咯的复合，并低温炭化制备出具有部分石墨化结构的氮掺杂碳纳米纤维(N-CNFs)。通过对材料的结构和性能进行表征，结果表明N-CNFs的相互交联的导电网络结构有利于电子的快速转移，从而提高电极材料的比电容值、高倍率放电性能和稳定性。
　　(2)采用溶液浸渍法将N、P、S等原子引入到细菌纤维素中，通过低温炭化直接制备出杂原子掺杂碳纳米纤维(N-CNFs、N，P-CNFs、N，S-CNFs)。细菌纤维素因其表面含有丰富的官能团而容易引入N、N/P和N/S等原子。与N-CNFs、N，S-CNFs对比，N，P-CNFs的比电容高，循环稳定性好，这是由于N和P的共同掺入对其电化学性能的提高有很大帮助。
　　(3)通过简单的水热法成功合成高性能 Ni3S2/碳纳米纤维复合材料(Ni3S2/CNFs)，并将Ni3S2/CNFs作为正极，CNFs作为负极组装成非对称超级电容器。电化学性能测试表明，所得的非对称超级电容器具有高的功率密度和能量密度和卓越的循环稳定性，且能点亮LED灯，具有实际应用价值。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2超级电容器

1.3细菌纤维素

1.4本文的研究目的和意义

参考文献

第二章 实验试剂、仪器及表征方法

2.1 实验药品和仪器设备

2.2 材料结构分析和表征方法

2.3 材料的电化学性能测试

第三章 氮掺杂碳纳米纤维的制备及其电化学储能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章 掺杂原子碳纳米纤维的制备及其电化学储能的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

第五章 Ni3S2/CNFs复合材料的制备及其电化学储能的研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

参考文献

结论与展望

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢