【摘 要】
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氮化铌具有优异的导电特性和电化学性能,在电化学储能领域具有应用潜力。通过运用多种制备手段合成出氮化铌多孔粉体、多孔纤维及纳米管阵列,通过优化工艺参数,调控材料结构,以提高其电化学性能,利用XRD、XPS、SEM、TEM和BET等表征材料的物相组成、形貌及孔结构,并采用CV和GCD等测试样品电化学性能,结果表明:1)采用溶剂热法结合还原氮化技术可以制备出氮化铌纳米粉体,引入模板剂P123有助于调控粉
【基金项目】
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国家自然科学基金51472072和51272066；
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氮化铌具有优异的导电特性和电化学性能,在电化学储能领域具有应用潜力。通过运用多种制备手段合成出氮化铌多孔粉体、多孔纤维及纳米管阵列,通过优化工艺参数,调控材料结构,以提高其电化学性能,利用XRD、XPS、SEM、TEM和BET等表征材料的物相组成、形貌及孔结构,并采用CV和GCD等测试样品电化学性能,结果表明:1)采用溶剂热法结合还原氮化技术可以制备出氮化铌纳米粉体,引入模板剂P123有助于调控粉体形貌细化孔结构。当P123用量为0.2 g时,氮化铌粉体形貌近似球形,由直径20～40 nm晶粒堆积而成,其比表面积为39 m2/g,平均孔径为16 nm,孔容积为0.16 cm3·g-1,样品的比电容较大,为90 F/g,当功率密度为480W/kg时,能量密度为7.2 Wh/kg。2)利用静电纺丝结合还原氮化技术制备出多孔氮化铌纤维,其中,较优工艺参数如下:氯化铌用量为1.0 g,纺丝流速为1 m L/h,纺丝电压为20 k V,还原氮化温度为800℃,此时可获得比表面积为72 m2·g-1,孔容为0.3 cm3/g,平均孔径为17 nm的多孔氮化铌纤维,其长径比较大,连续性较好,该样品的比电容较大,为187.43 F/g,当功率密度为537 W/kg时,能量密度为10.74 Wh/kg,经1000次循环后其比电容保持在80%以上。3)通过优化阳极氧化结合还原氮化法制备氮化铌纳米管阵列工艺发现,当阳极氧化温度为180℃,阳极氧化电压为20 k V,阳极氧化时间为15 min,氮化温度为700℃,可以制备出排列高度有序的氮化铌纳米管阵列,其孔径约为35 nm,管壁厚度约为12 nm,纳米管长度约为1.5μm,样品具有较好的电荷快速转移特性和双电层储能特征,当电流密度为0.1 m A/cm2时其比电容较大,为400μF/cm2。图91幅;表30个;参84篇。
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