清江河虾头胸甲基富氮/氧分级多孔叠炭片的制备及电化学性能

摘要

以废弃的清江河虾头胸甲为原材料,采用简便的一步二氧化碳炭化活化处理工艺,使头胸甲中的部分氮/氧元素以原位掺杂的形式保留,同时以头胸甲叠层中均匀分布的碳酸钙作为原位模板,快速制得富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片材料.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、激光拉曼光谱仪和比表面积测定仪等对样品进行了表征.结果显示,富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片具有相互贯通的"特大孔-大孔-介孔-微孔"多级孔道,并具有高的比表面积(1012.2 m2/g)和孔体积(0.975 cm3/g)、高的氮含量9.15％(质量分数)和氧含量26.0％(质量分数).基于这些独特的结构特征,头胸甲基叠层生物多孔炭展现出优异的电化学性能:在电流密度为0.5 A/g时,最高质量比电容高达380.2 F/g;当电流密度增加到10 A/g时,质量比电容仍有187.5 F/g,说明该电极具有较好的倍率性能.在10 A/g的充放电电流密度下循环5000次后,头胸甲基叠层生物多孔炭的容量保持率高达93.6％.优良的电容性能显示废弃的清江河虾头胸甲在超级电容器电极材料方面具有很好的应用前景.