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近几年随着电动汽车的广泛使用,超级电容器储能装置的作用愈来愈重要,尤其是在一些需要大功率输出的的装置上。超级电容器的性能优劣取决于电极材料,因此世界各国都非常重视超级电容器电极材料的研究。 本文以脱灰处理后的华亭煤为原料,将苯胺引入其孔隙或表面,并引发苯胺原位聚合制得煤基聚苯胺。再以乙酸镍(或柠檬酸铁)为催化剂前驱体,高温条件下催化裂解煤基聚苯胺制备掺氮多孔炭,同时利用高温催化热解产生的气相碳源,以二茂镍(或二茂铁)为催化剂前驱体,采用气相沉积法制备碳纳米管。将制备的掺氮多孔炭/镍(铁),通过高锰酸钾氧化转变成掺氮多孔炭/氧化镍(铁)锰。再进行掺碳纳米管处理,最终成功得到掺氮多孔炭/氧化镍(铁)锰/碳纳米管复合材料。通过SEM,TEM,XRD,XPS,FTIR,Raman,氮吸附分析等测试手段表征其结构,然后测试电极材料的电化学性能。取得结果如下: (1)以乙酸镍或柠檬酸铁为催化剂前驱体,高温催化裂解煤基聚苯胺,制备的掺氮多孔炭大部分以无定形结构存在,少量以类石墨化结构存在,多孔炭被成功地掺入了N。N主要以吡啶型氮、吡咯型氮或石墨化氮的状态存在。掺氮多孔炭/镍中,掺N量为2.63wt%,多孔炭收率为32.16%,它以介孔为主,BET比表面积为801.59 m2/g,BJH平均孔径为4.40 nm。掺氮多孔炭/铁中,掺N量为2.63wt%,多孔炭收率为19.69%,它以介孔为主,BET比表面积为1087.42 m2/g,BJH平均孔径为8.11 nm。 (2)掺氮多孔炭/氧化镍锰中,氧化镍锰主要以NiO的化学状态存在,伴生有NiMn2O4和α-MnO2;并以纳米片的形态附着在多孔炭表面或插入在孔隙中。制备的掺氮多孔炭/氧化镍锰的比电容为384.7 F/g(1 A/g),掺氮多孔炭/氧化镍锰/碳纳米管的比电容为478.6 F/g(1 A/g),后者在5A/g的大电流密度下经过500次充放电后比电容保持率为81.16%,掺入碳纳米管后电导率提高了近两倍。掺氮多孔炭/氧化铁锰中,氧化铁锰中铁主要以Fe2O3、Fe3O4的化学状态存在,锰主要以Mn2O3、Mn3O4的化学状态存在,伴生有Fe3C;并以纳米片的形态附着在多孔炭表面或插入在孔隙中。制备的掺氮多孔炭/氧化铁锰的比电容为414.8 F/g(1 A/g),掺氮多孔炭/氧化铁锰/碳纳米管的比电容为503.4 F/g(1 A/g),后者在5 A/g的大电流密度下经过500次充放电后比电容保持率为88.04%,掺入碳纳米管后电导率提高了近四倍。 (3)以二茂镍为催化剂前驱体制备的碳管管径在150~400 nm,碳管管径大多在60 nm左右,壁厚在10 nm左右,未纯化的碳管总收率为2.01 g/1.00 g二茂镍/16.00 g煤基聚苯胺。以二茂铁为催化剂前驱体制备的碳管纯化后管径分布在23~128 nm之间,且以35 nm~75 nm之间的碳管居多,壁厚在5 nm~40 nm左右,未纯化的碳管总收率为2.82g/1.00 g二茂铁/5.00 g煤基聚苯胺,纯化后的碳管总收率为1.06 g/1.00 g二茂铁/5.00 g煤基聚苯胺。