【摘 要】
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近年来,超级电容器因其出色的储能性能在近些年来成为能源与材料领域研究的热点。本文通过无模板法分别制备了N掺杂多孔碳材料,N,S双掺杂多孔碳材料和废弃鹿茸残渣衍生的多孔碳材料,三种碳材料均具有优异的孔结构以及良好的电容性能,在储能方面具有潜在的应用前景。本论文具体的研究内容分为以下四个方面:（1）对超级电容器进行简要的概述,并介绍了其工作原理、电极材料分类以及多孔碳材料常见制备方法。（2）以1,2,
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近年来,超级电容器因其出色的储能性能在近些年来成为能源与材料领域研究的热点。本文通过无模板法分别制备了N掺杂多孔碳材料,N,S双掺杂多孔碳材料和废弃鹿茸残渣衍生的多孔碳材料,三种碳材料均具有优异的孔结构以及良好的电容性能,在储能方面具有潜在的应用前景。本论文具体的研究内容分为以下四个方面:（1）对超级电容器进行简要的概述,并介绍了其工作原理、电极材料分类以及多孔碳材料常见制备方法。（2）以1,2,4,5-苯四胺四盐酸盐和对苯二甲醛为单体,设计制备了球状与纤维状的聚席夫碱前驱体,以KOH作为活化剂,探讨了不同温度（500-800℃）对聚席夫碱碳化过程中材料结构的影响,并制备出N原子掺杂多孔碳电极材料（N-PCM-s）。在700℃下制得的N-PCM-7有着最大的比表面积(1164 m~2·g-1)和5.29%的N掺杂量,以及远优于其他温度碳化产物的电化学性能。三电极测试体系中,N-PCM-7在0.5 A·g-1电流密度下其比电容达到了297 F·g-1。两电极测试体系中,N-PCM-7D功率密度为250 W·kg-1时,能量密度达到10.41 Wh·kg-1,此外,该超级电容器在1 A·g-1下经10000次循环后仍有89%的容量保持率,显示出较高的储能性能和潜在的应用前景。（3）以3-氨基饶丹宁和对苯二甲醛为原料,三乙胺为催化剂,通过Knoevenagel反应与氨醛缩合反应制备出花瓣状的聚合物前驱体（PY）,以KOH作为活化剂,探讨了PY在不同碳化温度（600-900℃）下所制得碳材料的结构变化,成功制备了N,S双杂原子掺杂多孔碳电极材料（N,S-PYs）。在800℃下制得的N,S-PY8具有最高的比表面积(2047 m~2·g-1),其N和S元素含量分别为3.57%和2.31%。研究发现,材料中存在大量的相互连接的微孔、介孔结构。在三电极测试体系中,0.5 A·g-1的电流密度下可提供高达354 F·g-1的比电容,表现出极佳的电容性质。在两电极测试体系中,N,S-PY8-D在0.5 A·g-1的电流密度下能量密度达到了11.67 Wh·kg-1。此外,由N,S-PY8-D构建的超级电容器在历经10000次循环后,其容量还能维持在98%以上。总之,本研究设计、制备的N,S双掺杂N,S-PY8为多杂原子掺杂碳材料的高效制备提供了有益借鉴,在新型高性能超级电容器电极材料方面具有潜在的实际应用价值。（4）基于鹿茸天然的纤维结构,以废弃的鹿茸残渣为碳源进行碳化处理制备了多孔碳电极（L-X）。系统考察了鹿茸残渣在活化剂KOH、Zn Cl2和H3PO4作用下,所得碳材料的结构形貌、比表面积和电化学性能。对比实验发现,经KOH活化后所得到的L-KOH具有最大的比表面积(480 m~2·g-1)和孔体积(0.45 cm~3·g-1)。同时,L-KOH表现出最好的电容性质,在三电极测试体系0.5 A·g-1的电流密度下可以提供的比电容达到268 F·g-1。在两电极测试体系中,L-KOH-D在0.5 A·g-1的电流密度下能量密度为7.92Wh·kg-1,并且具有优异的循环稳定性(1 A·g-1的电流密度下进行10000次循环后,其容量依然能维持92%)。本研究为废弃鹿茸残渣的二次利用提供了一种新方法,得到的多孔碳材料可作为一种理想的储能电极材料应用于超级电容器中。
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