共轭微孔聚合物基硬炭纳米管氮原子掺杂、比表面积调控与电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:band420
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共轭微孔聚合物(CMP)是一种具有共轭结构的三维骨架聚合物,具有化学性质稳定,比表面积高等优点,是一类具有良好应用前景的多孔材料。CMP经高温炭化后形成的多孔硬炭材料结晶程度较低,比表面积可调控,有助于锂离子的扩散,是一种具有潜在应用价值的负极材料。本文研究内容如下:  (1) 在 Pd(0)/Cu(I)的催化条件下经由 Sonogashira-Hagihara 交叉偶联反应合成共轭微孔聚合物。利用两种不同单体(1,5-二溴萘和 2-氨基-3,5-二溴吡啶)分别与1,3,5-三乙炔基苯聚合,合成两种形貌类似的CMP纳米管和含氮CMP纳米管。然后分别将两种 CMP 炭化制备硬炭纳米管(HCNT)和氮掺杂硬炭纳米管(NHCNT),研究了两种不同的管状材料的结构以及电化学性能的差异。通过 SEM和BET 表征,HCNT和NHCNT表现出相似的形貌、比表面积以及孔径分布情况。进一步通过电化学性能测试分析,NHCNT样品表现出较小的电荷转移电阻,相对较高的容量以及较稳定的循环性能,表明了NHCNT材料良好的电化学性能。  (2) 分别采用ZnCl2以及KOH活化剂对NCMP材料进行高温活化改性制备活化硬炭纳米管材料。将活化剂与 NCMP 材料按照 3:1 的质量比混合并在高温下进行炭化,中间产物经 HNO3溶液清洗制备得 Zn-NHCNT和 K-NHCNT两种最终产物。通过电化学测试表明,K-NHCNT具有较高的可逆容量、循环性能稳定,表现出了更优异的电化学性能,确定了 KOH 为较优活化剂材料。TEM 测试结果,表明了 NHCNT 材料在 KOH高温活化过程中保持了其形貌与结构,体现了 NHCNT的结构稳定性。BET 结果表明 K-NHCNT 的比表面积远远大于 NHCNT 的比表面积。由此可见,K-NHCNT材料具有了更加良好的形貌结构,从而保证了优异的电化学性能。  (3) 通过控制材料中Ni/Mn比例,采用高温热解法分别制备3%Ni-MnO,5%Ni-MnO和 10%Ni-MnO复合材料。通过 XRD和 SEM结果表征,5%Ni-MnO材料表现出更高的结晶度,Ni的加入减小了MnO样品的颗粒尺寸,缩短Li+和电子的扩散路径。进一步通过电化学测试,确定了5%为最佳复合量。接下来在NHCNT材料中混合 5%Ni-MnO 制备了 Ni-MnO/NHCNT 复合材料,通过电化学测试对材料的电化学性能进行分析,结果证明金属氧化物的加入提高了 NHCNT 的电化学性能。
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