氮磷硫共掺杂生物质基多孔炭的制备及其电化学性能

1

作者 杨旋 于学文 +3 位作者 许圣豪 卢贝丽 黄彪 林冠烽 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第24期224-234,共11页

为了提升农林废弃物在储能领域的高附加值利用,该研究以杉木屑为原料,磷酸三聚氰胺为磷、氮源,基于冷冻NaOH/硫脲体系溶解木质原料中纤维素,通过一步热解制备氮、磷、硫共掺杂多孔炭,并考察活化温度、NaOH/杉木屑质量比和冷冻条件对多... 为了提升农林废弃物在储能领域的高附加值利用,该研究以杉木屑为原料,磷酸三聚氰胺为磷、氮源,基于冷冻NaOH/硫脲体系溶解木质原料中纤维素,通过一步热解制备氮、磷、硫共掺杂多孔炭,并考察活化温度、NaOH/杉木屑质量比和冷冻条件对多孔炭结构及电化学性能的影响。通过X射线光电子能谱(XPS,X-ray photoelectron spectroscop)和比表面积分析仪(BET,Brunauer-Emmett-Teller)研究多孔炭的表面结构和孔隙结构;采用循环伏安(CV,cyclic voltammetry)、恒流充放电(GCD,galvanostatic charge/discharge)和交流阻抗(EIS,electrochemical impedance spectroscopy)等测试手段表征其电化学性能。结果表明:随着活化温度和NaOH/杉木屑质量比的增加,多孔炭的表面积、全孔孔容和比电容呈现先增加后减小的趋势;冷冻条件和磷酸三聚氰胺的加入可以增加多孔炭的比表面积和全孔孔容,提升电化学性能。当活化温度900℃,NaOH/杉木屑质量比为1.2时,制备的氮、磷、硫共掺杂多孔炭的比表面积为2048 m^(2)/g,全孔孔容为1.655 cm3/g,介孔率为99.7%,氮、磷、硫的含量为3.41%、0.29%、1.40%。三电极体系下、6 mol/L KOH电解液中,当电流密度0.5 A/g时,比电容可达261 F/g。用NPS-900-1.2组装的对称超级电容器5 A/g电流密度条件下,比电容值为108 F/g,循环5000次后库伦效率接近100%,电容保持率为92%。对称的超级电容器功率密度为248 W/kg时,能量密度可达17.2 Wh/kg。该研究为农林废弃物制备高性能超级电容器提供了参考依据。 展开更多

关键词 生物质 电化学性能 杉木屑 磷酸三聚氰胺 NaOH/硫脲体系 掺杂多孔炭

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固废基硫掺杂多孔炭材料制备及其对CO_(2)吸附性能研究进展 被引量：1

2

作者 王宝凤 王术高 程芳琴 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期395-411,共17页

含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材... 含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材料表面的化学异质性,生成有利于CO_(2)捕集的活性位点,强化材料对CO_(2)分子的吸附作用,从而提高其CO_(2)吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法,总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO_(2)吸附的最新研究进展,并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO_(2)吸附领域的工业化应用进行了展望。 展开更多

关键词 废物处理 含碳固废 硫掺杂多孔炭 吸附剂 CO_(2)捕集

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生物质基氮掺杂多孔炭材料的制备及对水中亚甲基蓝的吸附性能 被引量：5

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作者 郝宏蕾 孟繁雨 +4 位作者 李若钰 李迎秋 贾明君 张文祥 袁晓玲 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期214-224,共11页

以柳树落叶为生物质碳源,氨水为氮源,采用溶胶-凝胶法制备了一系列氮掺杂多孔炭材料(WNC),并对其结构和物理化学性质进行了表征.结果表明,WNC材料具有较高的比表面积(528~618 m2/g)和多级孔结构;材料表面含有丰富的含氧和含氮官能团(氮... 以柳树落叶为生物质碳源,氨水为氮源,采用溶胶-凝胶法制备了一系列氮掺杂多孔炭材料(WNC),并对其结构和物理化学性质进行了表征.结果表明,WNC材料具有较高的比表面积(528~618 m2/g)和多级孔结构;材料表面含有丰富的含氧和含氮官能团(氮摩尔分数为8.9~9.9%);WNC材料对水体系中的亚甲基蓝(MB)表现出良好的吸附性能,吸附为自发吸热过程,符合Langmuir等温吸附和准二级动力学模型,在pH值为5、室温下最大吸附量为263.2 mg/g,且材料可以多次循环使用.对WNC-2及吸附染料MB后的WNC-2样品进行高温再焙烧处理,所得样品(WNC-2-R和WNC-2-MB)的ζ电位明显升高,表面碱性增强,吸附容量分别提高到之前的1.3倍和1.6倍.结合各种表征结果,可以认为WNC材料的高比表面积和多级孔结构有利于吸附质(亚甲基蓝离子)的传输,并能与材料表面的羰基、醌基和吡啶氮等基团发生较强的相互作用,从而使其表现出较高的吸附速率和吸附量. 展开更多

关键词 柳树落叶 氮掺杂多孔炭 吸附 亚甲基蓝

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氮掺杂多孔炭负载Cu_(2)Se_(4)Sn/SnSe复合材料的制备及其储锂性能研究

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作者 邹壬灏 徐平 +4 位作者 戴开斌 邵俊杰 陆秀清 黄启忠 苏哲安 《炭素技术》 CAS 北大核心 2023年第2期37-42,55,共7页

金属硒化物由于比容量高,储量丰富而被认为是一种有潜力的新型锂离子电池负极材料,但其低电导率以及脱/嵌锂时巨大的体积膨胀限制了实际的应用。利用冷冻干燥法配合模板法成功制备了氮掺杂多孔炭负载Cu_(2)Se_(4)Sn/SnSe复合材料(Cu_(2)... 金属硒化物由于比容量高,储量丰富而被认为是一种有潜力的新型锂离子电池负极材料,但其低电导率以及脱/嵌锂时巨大的体积膨胀限制了实际的应用。利用冷冻干燥法配合模板法成功制备了氮掺杂多孔炭负载Cu_(2)Se_(4)Sn/SnSe复合材料(Cu_(2)Se_(4)Sn/SnSe/N-PCs),对其进行电化学性能测试。结果显示,制备的Cu_(2)Se_(4)Sn/SnSe/N-PCs-2的首次库伦效率能接近90%;在0.5 A/g的电流密度下,200圈循环后仍保持931.7 mAh/g的可逆比容量。在3 A/g的电流密度下,能提供880.9 mAh/g的可逆比容量。由于氮掺杂炭骨架提供的高导电网络、稳定的结构以及Cu_(2)Se_(4)Sn与SnSe之间的协同效应,Cu_(2)Se_(4)Sn/SnSe/N-PCs作为负极材料时具有优异的电化学性能,具有广泛的应用前景。 展开更多

关键词 氮掺杂多孔炭 冷冻干燥法 模板法 复合材料 电化学性能

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ZIF-8衍生氮掺杂多孔炭吸附剂的制备及对罗丹明B吸附性能的研究

5

作者 卜钰 龙兴霖 +3 位作者 周杰 赵银旭 周志康 蔡进军 《化工技术与开发》 CAS 2023年第4期14-19,共6页

因孔径结构和氮掺杂的协同效应,氮掺杂多孔炭质吸附剂在吸附处理染料污染物方面备受关注。本文在低温水热处理葡萄糖的基础上,原位合成了葡萄糖@ZIF-8复合物,1000℃下直接高温碳化,得到了不同氮配位环境的多孔炭材料。研究发现,包覆的... 因孔径结构和氮掺杂的协同效应,氮掺杂多孔炭质吸附剂在吸附处理染料污染物方面备受关注。本文在低温水热处理葡萄糖的基础上,原位合成了葡萄糖@ZIF-8复合物,1000℃下直接高温碳化,得到了不同氮配位环境的多孔炭材料。研究发现,包覆的半聚合葡萄糖在碳化时可抑制ZIF-8中氮物种的逸出程度,使得炭质吸附剂具有较高的氮掺杂浓度和优异的罗丹明B(RhB)吸附性能。吸附动力学结果表明,25℃时,样品GZC-10在240 min内可吸附饱和,平衡吸附量为283 mg·g^(-1),吸附扩散行为符合伪二级动力学模型。吸附等温线能够很好地符合Langmuir模型,最大吸附量为383 mg·g^(-1),远高于文献报道的同类MOF衍生炭材料。本文制备的氮掺杂多孔炭质吸附剂具有吸附量大、动力学快、润湿性好等优良性能,是一种高效的水处理材料。 展开更多

关键词 氮掺杂多孔炭 金属有机骨架材料 吸附 有机染料

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热处理温度对沥青基硼氮共掺杂多孔炭结构与电化学性能的影响 被引量：4

6

作者 周颖 王道龙 +2 位作者 肖南 侯雨辰 邱介山 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1127-1133,共7页

以煤液化沥青质为碳源、硝酸为氮源、硼酸为硼源和造孔剂制备硼氮共掺杂多孔炭,研究了热处理温度对其孔结构和表面性质的影响,测试了产品作为超级电容器电极材料的性能.用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2... 以煤液化沥青质为碳源、硝酸为氮源、硼酸为硼源和造孔剂制备硼氮共掺杂多孔炭,研究了热处理温度对其孔结构和表面性质的影响,测试了产品作为超级电容器电极材料的性能.用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附、元素分析、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学工作站等对材料的结构、组成及电化学性能进行了表征.结果表明:随着热处理温度的升高,产品的石墨化程度逐渐升高;比表面积、总孔容呈先增加后减小的趋势;氮含量随着热处理温度的升高逐渐降低,而硼含量则随着热处理温度的升高逐渐增加;材料的比电容随着热处理温度的升高先逐渐增加后减小.其中900°C热处理的样品比表面积达到1103 m2·g-1,总孔容为0.921 cm3·g-1,氮含量为5.256%(w),硼含量为1.703%(w),在6 mol·L-1KOH电解液中当电流密度为100 mA·g-1时质量比电容为349 F·g-1;而经过1000°C热处理的样品表现出最好的倍率特性,电流密度从100 mA·g-1增加到10A·g-1时比电容保持率为75%. 展开更多

关键词 煤液化沥青质 硼氮共掺杂多孔炭 制备 热处理温度 电化学性能

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熔盐法制备氮掺杂多孔炭及其催化脱硫性能（英文） 被引量：3

7

作者 余正发 王旭珍 +3 位作者 侯亚男 赵宗彬 李芮 邱介山 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期770-776,共7页

采用熔融盐合成技术,以生物质葡萄糖和富氮三聚氰胺为前驱体,成功制备得到具有发达孔隙结构(BET表面积:1355 m^2/g)和极高氮掺杂量(20.73wt%)的氮掺杂多孔炭材料。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,多孔炭材料中的氮原子主要以吡咯及吡啶... 采用熔融盐合成技术,以生物质葡萄糖和富氮三聚氰胺为前驱体,成功制备得到具有发达孔隙结构(BET表面积:1355 m^2/g)和极高氮掺杂量(20.73wt%)的氮掺杂多孔炭材料。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,多孔炭材料中的氮原子主要以吡咯及吡啶构型存在,这两种形态的氮原子有利于硫化氢的吸附及催化氧化。在常温、常压下,所制备氮掺杂多孔炭对硫化氢非金属催化转化为单质硫的脱除硫容高达1.10 g/g。该合成方法简便易行,有望实现氮掺杂多孔炭材料的批量和廉价制备,合成的氮掺杂多孔炭在污染物控制领域应用潜能巨大。 展开更多

关键词 氮掺杂多孔炭 熔融盐合成技术 硫化氢 非金属催化

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低温快速磷化制备CuP_(2)/多孔炭复合材料及其储锂性能研究 被引量：2

8

作者 戴开斌 徐平 +5 位作者 邹壬灏 邵俊杰 陆秀清 张宇 黄启忠 苏哲安 《炭素技术》 CAS 北大核心 2021年第5期22-27,共6页

富磷金属磷化物作为锂离子电池转化型负极材料具有高的理论比容量和合适的电压平台,然而其制备复杂、导电性较差和充放电时产生的剧烈体积变化严重制约了它的发展。为此通过冷冻干燥、模板法以及低温快速磷化制备了CuP_(2)/三维氮掺杂... 富磷金属磷化物作为锂离子电池转化型负极材料具有高的理论比容量和合适的电压平台,然而其制备复杂、导电性较差和充放电时产生的剧烈体积变化严重制约了它的发展。为此通过冷冻干燥、模板法以及低温快速磷化制备了CuP_(2)/三维氮掺杂多孔炭复合材料(CuP_(2)@N-PCs),其中利用H2预还原处理前驱体对最终合成富磷相CuP_(2)起到了至关重要的作用。CuP_(2)@NPCs中的三维氮掺杂多孔炭具有出色的稳定性结构、高的电子/离子传导以及丰富的活性位点,起到了改善CuP_(2)作为锂离子电池负极时的电化学性能的作用。所制备的CuP_(2)@N-PCs在1 A/g的电流密度下,经300圈充放电循环后仍能保持827 mAh/g的可逆比容量;在3 A/g的大电流密度下,其可逆比容量也可达到612.2 mAh/g,是一种极具应用前景的锂离子电池负极材料。 展开更多

关键词 磷化铜 锂离子电池 氮掺杂多孔炭

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生物质氮掺杂多孔炭的制备及电化学性能研究 被引量：2

9

作者 张武 钟文斌 《炭素技术》 CAS 北大核心 2018年第2期27-31,共5页

利用造纸废料生物质衍生物木质素磺酸钠作为碳源,邻苯二胺为氮源,经低温预处理后活化制备了氮掺杂多孔炭(NPC)。采用XRD、XPS和低温N_2脱/吸附技术对其结构、比表面积和孔径分布进行了分析。通过研究投料比、活化温度对材料电化学性能... 利用造纸废料生物质衍生物木质素磺酸钠作为碳源,邻苯二胺为氮源,经低温预处理后活化制备了氮掺杂多孔炭(NPC)。采用XRD、XPS和低温N_2脱/吸附技术对其结构、比表面积和孔径分布进行了分析。通过研究投料比、活化温度对材料电化学性能的影响可知,当木质素磺酸钠与邻苯二胺的质量比为5∶3,焙烧温度为750℃时,获得的氮掺杂多孔炭(NPC-750)具有最佳的电化学性能。在电流密度为1 A/g时,NPC-750的比电容为226 F/g,电流密度升高到20 A/g时,比电容仍有178 F/g,表明该电极具有较好的倍率性能(78.8%)。另外,在充放电流密度为10 A/g下循环1000次后,其容量保持率高达98.8%。 展开更多

关键词 生物质 氮掺杂多孔炭 超级电容器

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金属有机骨架衍生氮掺杂多孔炭的制备及其对茜素红的吸附 被引量：2

10

作者 陈修栋 柯江南 +6 位作者 刘金杭 占昌朝 张义焕 曹小华 朱立功 汪亚威 杨志鹏 《印染助剂》 CAS 2021年第8期14-17,共4页

以金属有机骨架为前驱体,通过高温退火处理得到十二面体结构的氮掺杂多孔炭,用于吸附印染废水中的茜素红。用XRD、扫描电镜、比表面积分析仪对其进行表征。采用静态吸附实验研究吸附剂用量、染料初始质量浓度、溶液pH等因素对氮掺杂多... 以金属有机骨架为前驱体,通过高温退火处理得到十二面体结构的氮掺杂多孔炭,用于吸附印染废水中的茜素红。用XRD、扫描电镜、比表面积分析仪对其进行表征。采用静态吸附实验研究吸附剂用量、染料初始质量浓度、溶液pH等因素对氮掺杂多孔炭吸附茜素红染料的影响。结果表明:大比表面积的介孔氮掺杂多孔炭对茜素红印染废水的去除率高达97.5%。 展开更多

关键词 金属有机骨架 氮掺杂多孔炭 茜素红 吸附

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SnS2/氮掺杂多孔炭网络复合材料的制备及其电化学性能研究 被引量：2

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作者 徐平 戴开斌 +3 位作者 邹壬灏 邵俊杰 黄启忠 苏哲安 《炭素技术》 CAS 北大核心 2020年第1期44-49,共6页

二硫化锡(SnS2)是一种受到广泛关注的高比容量和低成本的锂离子电池负极材料,但SnS2在充放电过程中存在体积变化大,电导率低的问题。为了解决该问题,利用NaCl晶体为模板借助冷冻干燥的方法制备出纳米SnS2片镶嵌氮掺杂多孔炭网络复合材料... 二硫化锡(SnS2)是一种受到广泛关注的高比容量和低成本的锂离子电池负极材料,但SnS2在充放电过程中存在体积变化大,电导率低的问题。为了解决该问题,利用NaCl晶体为模板借助冷冻干燥的方法制备出纳米SnS2片镶嵌氮掺杂多孔炭网络复合材料(SnS2/N-CN)。材料中SnS2纳米片的厚度为6~10 nm,均匀地镶嵌在多孔炭网络中。SnS2/N-CN电极在0.1 A/g的电流密度下循环100次依旧保持813.7 mA·h/g的高可逆比容量,在3 A/g的电流密度下拥有436.7 mA·h/g的比容量,是一种极具应用前景的锂离子电池负极材料。 展开更多

关键词 氮掺杂多孔炭网络 硫化锡 锂离子电池

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MOFs基氮自掺杂多孔炭的可控制备及其电化学性能 被引量：1

12

作者 李帅 黄思赟 《石化技术与应用》 CAS 2022年第3期153-159,共7页

为开发高性能超级电容器电极材料,以溶剂热法合成无色金属有机框架化合物(MOFs)材料[Zn_(2)(C_(8)H_(4)O_(4))_(2)(C_(6)H_(12)N_(2))]·4 DMF·0.5 H_(2)O(简称ZDP)作为炭前驱体,采用一步碳化法制备无定型结构氮自掺杂多孔炭(Z... 为开发高性能超级电容器电极材料,以溶剂热法合成无色金属有机框架化合物(MOFs)材料[Zn_(2)(C_(8)H_(4)O_(4))_(2)(C_(6)H_(12)N_(2))]·4 DMF·0.5 H_(2)O(简称ZDP)作为炭前驱体,采用一步碳化法制备无定型结构氮自掺杂多孔炭(ZDPC-750),并使用X射线衍射分析、拉曼光谱分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附、X射线光电子能谱对ZDPC-750试样进行表征;选用浓度为6 mol/L的KOH溶液为电解液,通过恒电流充放电(GCD)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等方法测定ZDPC-750电极试样的电化学性能。结果表明:ZDPC-750呈包含微孔、介孔和大孔的分级结构,比表面积(BET法)高达1228 m^(2)/g,平均孔径为3.53 nm;当电流密度为1.0 A/g时,ZDPC-750电极的比电容高达175 F/g;当电流密度从1.0 A/g增加到10.0 A/g时,电容保持率为80.4%;即使在1 A/g下GCD循环5000次,电容保持率仍然高达94.74%。 展开更多

关键词 超级电容器 金属有机框架化合物 一步碳化法 氮自掺杂多孔炭 电化学性能

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流化床型络合液再生工艺研究

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作者 胡紫瑞 刘士豪 +1 位作者 冷子乐 张光旭 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第12期4389-4396,4405,共9页

随着工业化进程的加快,如何减少氮氧化物的排放受到了人们的强烈关注。目前,由于络合吸收法对一氧化氮(NO)具有良好的吸收性能,被视为未来脱硝技术的重要发展方向,但络合液的再生仍然是一个难题。本文针对络合脱硝中Fe(II)EDTA-NO络合... 随着工业化进程的加快,如何减少氮氧化物的排放受到了人们的强烈关注。目前,由于络合吸收法对一氧化氮(NO)具有良好的吸收性能,被视为未来脱硝技术的重要发展方向,但络合液的再生仍然是一个难题。本文针对络合脱硝中Fe(II)EDTA-NO络合液再生困难且无法连续运行问题进行了探究。以氮掺杂多孔碳为载体,钯纳米微团为活性组分制备出颗粒状Pd/NPCs催化剂,通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱对Pd/NPCs进行表征。结果表明,钯纳米微团成功负载到载体上,其平均粒径为2.36 nm, Pd^(0)含量为68%(质量分数),对还原Fe(II)EDTA-NO有着良好的催化活性。进一步探究了溶液pH、反应温度、氧含量及液气比等因素对催化剂催化还原Fe(II)EDTA-NO的影响,搭建了一套可持续运转的流化床试验装置,其评价试验结果表明在气流量为200 L/h, NO含量为0.07%(体积分数)条件下,可以维持脱硝率80%以上3 h。 展开更多

关键词 流化床 氮掺杂多孔炭 Fe(Ⅱ)EDTA-NO 脱硝 催化剂 工业化

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基于锌-MOF衍生自掺杂氮多孔炭在超级电容器中的研究 被引量：1

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作者 黄思赟 李帅 +1 位作者 丁万 王一 《化学试剂》 CAS 北大核心 2022年第5期691-696,共6页

通过简单的水热法工艺制备锌-MOF并调节炭化温度得到自掺杂氮多孔炭ZBTC-T,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附曲线、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对自掺杂氮多孔ZBTC-T的结构进行了表征,说明了微观结构... 通过简单的水热法工艺制备锌-MOF并调节炭化温度得到自掺杂氮多孔炭ZBTC-T,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附曲线、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对自掺杂氮多孔ZBTC-T的结构进行了表征,说明了微观结构和宏观性能之间的关系。自掺杂氮多孔炭ZBTC-T结合了金属和炭的优势以及保留锌-MOF中的氮原子从而展现出优异的电化学性能,自掺杂氮多孔炭ZBTC-850具有7.98%的高含氮量和735.42 cm;/g的比表面积,在电流密度为1.0 A/g,具有212.9 F/g的优异比电容,经过5000次充放电循环中保持其原始值85.04%,突出良好的倍率性能优势并在高性能方面表现出广阔的应用前景。 展开更多

关键词 锌-MOF 水热法 自掺杂氮多孔炭 电化学性能 超级电容器

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