论文部分内容阅读
考虑到当前全球能源和环境问题日益突出,新能源转换和储存设备的发展迫在眉睫。超级电容器具有更快的充电/放电速率、更高的功率密度、更长的循环寿命以及环境友好等优势,正成为当前全球研究的热门话题。超级电容器分为对称和非对称两种。构造非对称超级电容器可以充分利用两种电极材料的电化学特性。此外,构造具有优异比容量的新型电极材料对于高性能非对称超级电容器装置至关重要。碳点作为一种新型的碳纳米材料,具有导电性好,表面积大,电子传输效率高,边缘缺陷丰富,在不同溶剂中分散性好等优异的特性。这些优势使碳点在能量转换和存储领域得到了越来越多的关注。本文以氮掺杂碳点（NCDs）为活性成分,构建了多种新型的基于NCDs的复合电极材料,例如空心和多孔分级结构的Bi2O3/NCDs,Co9S8/NCDs纳米花和Ni2（CO3）（OH）2/NCDs纳米片。系统地研究了NCDs对电极材料的形貌和电化学性能的影响。于此同时,还研究了相应的基于Bi2O3/NCDs,Co9S8/NCDs和Ni2（CO3）（OH）2/NCDs的非对称超级电容器的电化学特性。具体如下:1.通过简便的两步策略成功开发了应用于超级电容器负极材料的空心和多孔分级结构Bi2O3/NCDs。NCDs的存在不仅可以诱导Bi2O3多孔纳米片组装成中空微球,而且可以显著提高它们的比电容。由于NCDs的优异特性和Bi2O3/NCDs复合材料的独特结构,分级结构的Bi2O3/NCDs在1 A g-1的电流密度下,达到了1046 F g-1的比电容。特别重要的是,使用Bi2O3/NCDs微球作为负极,Ni（OH）2/NCDs纳米片作为正极,构造了非对称超级电容器,该电容器在770.9 W kg-1时显示出了79.9 Wh kg-1的超高能量密度。这些结果表明,空心和多孔的层状结构的Bi2O3/NCDs具有巨大的潜力,可以作为新型的储能负极材料。2.提出了一种简便的溶剂热策略,用于制备NCDs修饰花状分级结构的Co9S8,该材料可以作为非对称超级电容器的正极材料。得益于NCDs的优点,与单纯Co9S8相比,所制备的Co9S8/NCDs分级结构显示出更高的比表面积和增强的比电容。在1 A g-1电流密度下,Co9S8/NCDs的比电容高达612.7 F g-1。以花状结构的Co9S8/NCDs为正极,对苯二胺官能化的还原氧化石墨烯（PPD/rGO）纳米片为负极,构建了非对称超级电容器。在0.85 kW kg-1的功率密度下,能量密度达到33.0 Wh kg-1。Co9S8/NCDs纳米复合材料的出色电化学性能使其成为超级电容器的理想电极材料。3.我们通过简便的溶剂热法制备了一种NCDs修饰的Ni2（CO3）（OH）2/NCDs（NCH/NCDs）纳米片,用于非对称超级电容器的先进正极。结果表明,NCDs均匀地分散在NCH纳米片的表面,为NCH提供了丰富的活性位点,从而改善了它们的电化学性能。NCH/NCDs纳米片在1 A g-1的电流密度下,可以达到1454 F g-1的超高比电容,并具有更高的倍率性能和循环稳定性(在10 A g-1的电流密度下,循环5000圈后,电容保持率约为82.4%)。NCH/NCDs//PPD/rGO非对称超级电容器器件在0.7 kW kg-1时表现出约49.1 Wh kg-1的高能量密度。这些结果表明,NCH/NCDs纳米片在超级电容器领域具有一定的应用潜力。