聚苯胺基含氮碳纳米管的制备及其电容性能研究

摘要

在高速发展的现代社会，尤其是在石油、煤、天然气等传统能源日益枯竭的时代背景下，新型能源和器件的开发迫在眉睫。超级电容器是一种介于传统的电容器和电池之间的新型储能器件，具有比传统的电容器高得多的能量密度，比电池高得多的功率密度，优越的循环效率和超长的循环寿命(10万次以上)。在超级电容器研究中，开发高比容量的电极材料具有重要的应用价值和理论意义。
　　 本文采用简单易行的方法制备出一种形貌规整，电化学性能良好的电极材料——聚苯胺基碳纳米管。在实验中，通过快速混合直接聚合法制备出纳米管状结构的聚苯胺，在此基础上，经过高温处理，将纳米管状聚苯胺转化成含氮碳纳米管，研究了炭化温度对聚苯胺碳管形态和电化学性能的影响。结果表明：聚苯胺基碳纳米管的直径大约为100nm，长度为几微米，管道相互交叉相通，管道两端开口，具有极低的比表面积。聚苯胺基碳纳米管作为电容器的电极材料表现出很高的比容量和很好的循环性能，尤其是700度碳化的产物，在0.1A·g-1的电流密度下具有163F·g-1的比容量。利用XPS测试来分析研究聚苯胺基碳纳米管具有良好电化学性能的原因，研究结果表明氮元素在物质中的结合态对电极材料的电性能起着重要的作用。400.5eV处的吡咯氮或羟基吡啶氮(N-5)；和位于石墨层内的四元氮(401eV：N-Q)，这两种结合态氮原子的存在提高了电极材料的电子给予能力和电解液对电极材料的润湿性，由此提高了电极材料的电性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2超级电容器

1.2.1超级电容器的特点

1.2.2超级电容器的储能机理及分类

1.2.2超级电容器的电极材料

1.3聚苯胺

1.3.1聚苯胺的研究现状

1.3.2聚苯胺的结构

1.3.3聚苯胺的合成与表征

1.3.4聚苯胺的应用

1.4碳纳米管

1.4.1碳纳米管的研究现状

1.4.2碳纳米管的结构及制备

1.4.3碳纳米管在超级电容器方面的应用

1.5含氮碳电极材料的研究进展

1.5.1含氮碳材料的研究现状

1.5.2含氮碳材料的应用

1.6选题的目的、意义及方案

1.6.1实验目的和意义

1.6.2实验方案

第二章实验部分

2.1实验设备与试剂

2.1.1实验原料和试剂

2.1.2超级电容器的制造原料

2.1.3实验用的主要设备

2.2实验样品的制备

2.2.1聚苯胺(PANI)纳米管的制备

2.2.2含氮碳纳米管的制备

2.3电极和电容器的制备

2.3.1电极的制备

2.3.2电容器的制备

2.4测试与表征

2.4.1扫描电子显微镜(SEM)

2.4.2透射电子显微镜(TEM)

2.4.3元素分析

2.4.4热衷分析(TG-DSC)

2.4.5 X射线光电子能谱(XPS)

2.4.6比表面积(BET)

2.4.7 X射线衍射测试(XRD)

2.4.8充放电测试

2.4.9循环伏安测试

第三章结果与讨论

3.1聚苯胺纳米管的合成

3.1.1界面聚合法

3.1.2直接聚合法

3.2聚苯胺基碳纳米管的制备及电化学性能研究

3.2.1聚苯胺基碳纳米管的制备及表征

3.2.2充放电分析

3.2.3循环伏安测试

3.3影响含氮碳纳米管电化学性能的因素

3.3.1元素分析和BET测试

3.3.2 X光电子能谱(XPS)

第四章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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