课题基金 / 基金详情

N,P掺杂C层的核壳状多孔碳材料可控制备及其电化学性能研究

批准号:
22075034
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
安庆大
依托单位:
学科分类:
碳基能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
安庆大

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
超级电容器在储能领域具有重要的应用前景,开发出高能量和功率密度的超级电容器依然是当前关注的热点问题。本项目以海藻酸钠温和可控的胶凝特点为出发点,利用尺寸可控ZnO硬模板诱导内部固化法合成孔道结构丰富的海藻酸锌水凝胶,借助层层组装技术对水凝胶表面进行含氮和含磷化学修饰,高温碳化制备核壳状N,P掺杂C层修饰多孔碳。详细研究ZnO硬模板和ZnCl2活化协同作用对合成材料微观结构的调控规律,深入分析材料中杂原子掺杂状态、位置及含量的变化规律,实现核壳状N,P掺杂C层修饰多孔碳的结构裁剪和界面调控,建立杂原子掺杂多孔碳可控制备的新技术。以咪唑类离子液体作为超级电容器电解液,阐明核壳状N,P掺杂C层修饰多孔碳与电解液界面电子传导机理和化学作用,揭示合成材料的微观结构-界面性质与电容性能间构效关系,实现电极材料和电解液间最大匹配输出。
英文摘要
Supercapacitors hold a potential application in the field of energy storage. It is still a hot issue to develop super capacitor with high-energy and high-power densities. Based on the characteristic of easy transformation of sodium alginate to hydrogel, Zinc alginate aerogel with well-developed porous structure is obtained by a ZnO hard template-induced internal solidification method. The surface of the hydrogel is chemically modified with nitrogen and phosphorus-contained precursors by a layer-by-layer assembly method. Finally, core-shell N,P-doped carbon layer-decorated porous carbon is prepared by the high-temperature carbonization. The effects of ZnO hard template and ZnCl2 activation on the microstructure of the as-prepared materials are studied in detail. The elemental states and contents of the doped heteroatoms in the samples are deeply analyzed. The core-shell N, P-doped carbon layer-decorated porous carbon with well-controlled microstructure and surface property are realized, and then a new technology for the preparation of heteroatom-doped porous carbon is established. In this paper, imidazole ionic liquid is used as the electrolyte for supercapacitor. The relationship between the microstructure of porous carbon and the electrochemical performance is evaluated. The mechanism of the electron conduction of the electrolyte on the sample is described accurately to achieve the maximum energy output between the electrode and the electrolyte.
本项目围绕开发高能量和功率密度超级电容器这一热点,基于海藻酸钠特性展开深入研究并取得系列成果。本项目全面揭示合成材料微观结构及界面性质与电容性能之间的构效关系,为高能量和功率密度超级电容器电极材料的设计与制备提供了重要理论依据与技术支撑,有力推动了超级电容器领域的技术进步与发展。.本项目以常见的生物质海藻酸钠为基础,立足于合成工艺的创新,设计合成结构可控和性能优异的多孔碳及多孔碳复合材料,实现电极材料在电化学储能领域的高能输出。获得了如下创新性成果:(1) 利用海藻酸钠为碳源,原位形成的 Fe(OH)3 纳米颗粒为硬模板,合成出具有发达多孔结构的生物质衍生碳,研究合成材料在超级电容器方面的应用性能;(2)利用海藻酸钠在金属盐溶液中的凝胶化作用,以金属盐为催化剂及添加剂,将金属离子组装到海藻酸钠前躯体中,碳化后获得具有磁性的海藻酸钠衍生碳球,所获碳球在超级电容器方面表现出良好的应用性能;(3) 鉴于金属硫化物或磷化物具备高活性位点的特性,将金属离子精准组装至海藻酸钠前躯体内部,历经磷化或硫化处理工艺,构建含有金属磷化物或硫化物的碳球;(4)利用尺寸可控的聚苯乙烯微球作为硬模版,采用层层组装技术设计合成多壳层氮掺杂中空碳球,合成材料在超级电容器应用领域展现出优异的性能表现,具有良好电容特性、循环稳定性以及倍率性能等,为超级电容器电极材料的创新发展提供了一种新思路。.本项目的成功实施:(1) 为控制多孔碳材料的三维结构提供了新的方向;(2) 为多孔碳复合材料的合成提供了一定的实验基础; (3) 为多孔碳基复合电极材料在电化学储能领域的应用提供了一定的实验依据和技术支撑。
N,P掺杂C层的核壳状多孔碳材料可控制备及其电化学性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    64万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    安庆大
  • 依托单位:
双盐离子液体中木质素氧化降解的作用机制研究
  • 批准号:
    21776026
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    安庆大
  • 依托单位:
基于硅烷聚合物原位还原及Sol-gel化学调控合成纳米银贯穿功能材料
  • 批准号:
    21243013
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    安庆大
  • 依托单位:
国内基金
海外基金