低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明,碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响,其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容,远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900,表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积,进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比,SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解质的三电极体系中,在0.5 A·g^-1的电流密度下,SSC-900的比电容可以达到357 F·g^-1,而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^-1。电容贡献分析表明,SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外,SSC-900在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次后仍能保持98.4%的初始比电容。     

低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明,碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响,其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容,远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900,表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积,进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比,SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解质的三电极体系中,在0.5 A·g^-1的电流密度下,SSC-900的比电容可以达到357 F·g^-1,而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^-1。电容贡献分析表明,SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外,SSC-900在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次后仍能保持98.4%的初始比电容。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1 114 m²·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3 033 m²·g^-1。在以6.0mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,KNC-800的比电容为405 F·g^-1,而KC-800的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均...     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·L^-1 KOH 为电解液的三电极体系中,当电流密度为 0.5 A·g^-1时,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl₂为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl₂活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1 032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75...     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl2为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl2活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75-Zn的比电容为344 F·g^-1,而CSi-1.75的比电容仅为255 F·g^-1。这表明碳材料的比表面积对超级电容性能影响最大,而孔体积影响较小。电容贡献分析结果表明,相对于CSi-1.75,CSi-1.75-Zn的双电层电容和赝电容都得到了提高,这表明更大的比表面积和更多的吡啶氮和吡咯氮有利于提高碳材料的超级电容性能。     

氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料

具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp²碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.     

介孔碳/石墨烯复合材料的制备及其醌类改性电容性能

首先利用硬模板法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,然后向复合材料中引入具有赝电容活性的醌类分子进一步增大材料的电容性能。研究结果表明,负载30%（w/w）叔丁基氢醌的介孔碳/石墨烯复合材料具有最佳的电容性能,在电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容值为355 F·g^-1;当电流密度高达30 A·g^-1时,其比电容值高达226 F·g^-1,比电容保持率为64%,表现出良好的速率特性。     

介孔碳/石墨烯复合材料的制备及其醌类改性电容性能

首先利用硬模板法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,然后向复合材料中引入具有赝电容活性的醌类分子进一步增大材料的电容性能。研究结果表明,负载30%(w/w)叔丁基氢醌的介孔碳/石墨烯复合材料具有最佳的电容性能,在电流密度为0.5 A·g~(-1)时,比电容值为355 F·g~(-1);当电流密度高达30 A·g~(-1)时,其比电容值高达226 F·g~(-1),比电容保持率为64%,表现出良好的速率特性。     

多巴胺改性聚吡咯衍生掺氮多孔碳材料的制备及其超电容性能

含氮聚合物材料在惰性气氛下热解能够产生掺氮多孔碳材料. 基于化学聚合法合成多巴胺(DA)改性的聚吡咯(PDA-PPy), 高温热解制备出掺氮多孔碳材料(NPC). 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 拉曼光谱, X射线光电子能谱(XPS)分析和扫描电镜(SEM)研究其结构与形貌. 随着DA 与吡咯(Py)单体的摩尔比不断变化,PDA-PPy的形貌也随之改变, 进而影响NPC的超电容性能. 循环伏安和恒流充放电测试表明, 当DA与Py 单体的摩尔比为0.5时, 在0.5 A·g^-1的电流密度下, NPC的比电容可以达到210 F·g^-1, 电流密度为10 A·g^-1时, 比电容可以达到134 F·g^-1, 电容保持率为63.8%.     

氯化钠模板诱导木质素基多孔炭的制备及其超级电容器性能

以木质素为碳源,氯化钠为模板,通过低温回流使木质素包覆在氯化钠外层,高温煅烧获得木质素基多孔炭,研究了其作为电极材料在超级电容器中的应用。 结果表明,改变煅烧温度可调控所得样品的孔结构,其比表面积在548~600 m²/g之间可变,且随着煅烧温度升高,比表面积和孔体积先增大后减少。 700 ℃煅烧所得样品具有最大的比表面积,并表现出最高的电容性能,其在6 mol/L KOH电解液中比电容可达252 F/g,有效面积电容高达31.2 μF/cm²,模板氯化钠可清洗分离并可循环利用。 提出了一种废弃物高附加值制备超级电容器用多孔炭的绿色方法。     

基于活化多孔碳负载聚苯胺正极和活化多孔碳负极的有机非对称超级电容器

采用KOH活化法制得高比表面积的活化多孔碳(aHPC),借助原位化学氧化法制得疏松多孔的活化多孔碳负载聚苯胺纳米复合材料(aHPC@PANI),并分别以aHPC及aHPC@PANI为负极与正极,以四乙基氟硼酸-乙腈为电解液,构建有机非对称超级电容器。电化学测试结果显示:在1A/g电流密度下,aHPC@PANI正极与aHPC负极分别呈现256.7F/g(-0.6~0.8V)及152.4F/g(-2~-0.6 V)的比容量;所组装的有机非对称电容器呈现宽电位窗口(2.8V),高的能量密度(在0.75kW/kg功率密度下为56.2 W·h/kg)及优异的循环稳定性(循环5 000次后其比电容保持率高达92.4%)。     

混合盐活化胖大海基多孔炭的制备及超级电容器电极材料性能

利用浸泡后的胖大海为碳源, 氯化锌和氯化锂混合盐作为活化剂, 采用炭化胖大海(PC-1)、添加氯化锌(PC-2)或添加氯化锌/氯化锂(PC-3)的胖大海的方法制备了3种多孔碳材料, 并通过三电极体系测试电极材料的电化学性能。结果表明, 3种碳材料在电流密度为0.5 A/g的比电容分别为69、132和228 F/g; 当电流密度增加至10 A/g时, PC-3的比电容仍高达166 F/g, 具有良好的倍率性能。该实验表明, 通过氯化锌/氯化锂复合盐活化胖大海分级多孔碳可作为高性能超级电容器电极材料。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

自掺杂氮多孔交联碳纳米片在超级电容器中的应用

自掺杂氮的多孔交联碳纳米片（N-ICNs）是将蒲公英种子通过一步活化碳化法制备的.蒲公英种子本身富含氮,不需要进行额外的掺杂处理,可以作为理想的碳前驱体.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对所制备的碳材料的微观形貌和组成成分进行了表征.基于高含氮量（2.88%）,N-ICNs在1 A·g^-1下具有337 F·g^-1的比电容和优异的倍率性能.此外,由N-ICNs组合成的对称型超级电容器在操作电压范围为0~2 V时具有很高的能量密度（25.3 Wh·kg^-1）和功率密度（900 W·kg^-1）,并且在循环10000次后仍具有98%的电容保持率.因此,N-ICNs将是一种非常理想的电极材料.     

Induced Potential in Porous Carbon Films through Water Vapor Absorption

Sustainable electrical potential of tens of millivolts can be induced by water vapor adsorption on a piece of porous carbon film that has two sides with different functional group contents. Integrated experiments, and Monte Carlo and ab initio molecular dynamics simulations reveal that the induced potential originates from the nonhomogeneous distribution of functional groups along the film, especially carboxy groups. Sufficient adsorbed water molecules in porous carbon facilitate the release of protons from the carboxy groups, resulting in a potential drop across the carbon film because of the concentration difference of the released free protons on the two sides. The potential utilization of such a phenomenon is also demonstrated by a self‐powered humidity sensor.     

Preparation of Hierarchical Porous Activated Carbon from Banana Leaves for High-performance Supercapacitor: Effect of Type of Electrolytes on Performance

We demonstrate a facile efficient way to fabricate activated carbon nanosheets (ACNSs) consisting of hierarchical porous carbon materials. Simply heating banana leaves with K₂CO₃ produce ACNSs having a unique combination of macro-, meso- and micropores with a high specific surface area of ∼1459 m² g⁻¹. The effects of different electrolytes on the electrochemical supercapacitor performance and stability of the ACNSs are tested using a two-electrode system. The specific capacitance (C_sp) values are 55, 114, and 190 F g⁻¹ in aqueous 0.5 M sodium sulfate, organic 1 M tetraethylammonium tetrafluoroborate in acetonitrile, and pure ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([BMIM][PF₆]) electrolytes, respectively. The ACNSs also shows the largest potential window of 3.0 V, the highest specific energy (59 Wh kg⁻¹) and specific power (750 W kg⁻¹) in [BMIM][PF₆]. A mini-prototype device is prepared to demonstrate the practicality of the ACNSs.