锂离子电池由于高工作电压,高容量,低自放电和长循环寿命而被广泛用于便携式电子设备领域。然而,由于地球上的锂矿有限,电动汽车和电子设备的快速发展给锂离子电池技术带来了巨大的压力。近年来,由于钠和锂在元素周期表中的位置处于同一族,且钠离子电池的能量储存/释放机制类似于锂离子电池的能量储存/释放机制,同时钠资源成本相对较低且含量丰富,因此,钠离子电池引起了研究人员的关注,成为大规模电能储存领域中一种有发展前景的锂离子电池的替代品。因钠离子具有比锂离子更大的离子半径,因此已广泛用作锂离子电池的负极材料,并不适合用作钠离子电池的负极材料。目前,研发适合钠离子嵌入的负极材料成为关键。目前,科研人员研究发现适用于钠离子电池的负极材料,主要包括各种碳基材料、钠三元化合物、金属氮化物、金属氧化物、磷和合金。但是,在众多负极材料中,碳基材料由于价格便宜、易得到且无毒成为最有前途的钠离子电池负极材料。为了进一步提高碳基材料作为钠离子电池负极材料的电化学性能,一般通过构建新颖的纳米结构来增大材料的比表面积,大的比表面积可以提供更多的活性位点从而提高钠的存储容量。除此之外,杂原子掺杂也是常用的一种有效办法。杂原子(N、S、P、B)掺杂到碳骨架中可以有效的改善碳基材料的导电能力并产生缺陷提高储钠容量。本文主要研究氮掺杂碳材料作为钠离子电池负极的电化学性能,通过杂原子掺杂及构建新颖的纳米结构提高电化学性能。(1)以三聚氰胺为氮源,通过椴烧聚苯乙烯球@氧化石墨烯(PS@GO)来合成氮掺杂中空纳米微球(NGHM)。在煅烧期间,PS微球体通过热分解而被去除,并且GO得到了还原。同时GO与三聚氰胺之间的热解反应,将氮掺杂到GO的石墨结构中,从而获得由氮掺杂石墨烯组成的中空结构。当用作钠离子电池的负极材料时,NGHM表现出优异的电化学性能,如高比容量(在100 mA/g的电流密度下260次循环后可逆容量保持有238.6 mAh/g)、优异的循环稳定性(在10 A/g的电流密度下8000次循环后可逆容量保持有77.8 mAh/g)和卓越的倍率性能(在20 A/g的电流密度下可逆容量仍有66.7 mAh/g)。(2)以多巴胺为原料,通过模板法在Tris缓冲溶液中令多巴胺自聚在模板上,除去模板后得到氮掺杂中空碳纳米立方体(NCC)。多巴胺既是原料又是氮源。氮掺杂和构建形貌后,材料的比表面积得到了增大,作为钠离子电池材料而表现出优异的电化学性能。在200 mA/g及20 A/g的电流密度下放电比容量分别为251.5 mAh/g和127.8 mAh/g,表现出良好的循环稳定性和优异的倍率性能。