【摘 要】
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炭材料具有比表面积大、孔道结构丰富、化学稳定性好等优点,在催化、吸附以及储能等领域具有良好的应用前景。氮原子掺杂可增加炭材料的电负性、亲水性和导电性,并在材料中引入赝电容,使含氮炭材料成为性能良好的超级电容器电极材料。以生物质为原料制备的含氮炭材料,不仅具有表面官能团丰富、孔道结构易于调变等优势,还满足了对于可再生能源发展的需求。生物油渣是生物油蒸馏过程的产物,其含碳量高、灰分少、官能团种类丰富,
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炭材料具有比表面积大、孔道结构丰富、化学稳定性好等优点,在催化、吸附以及储能等领域具有良好的应用前景。氮原子掺杂可增加炭材料的电负性、亲水性和导电性,并在材料中引入赝电容,使含氮炭材料成为性能良好的超级电容器电极材料。以生物质为原料制备的含氮炭材料,不仅具有表面官能团丰富、孔道结构易于调变等优势,还满足了对于可再生能源发展的需求。生物油渣是生物油蒸馏过程的产物,其含碳量高、灰分少、官能团种类丰富,是制备炭材料的良好前驱体。本论文采用生物油渣为原料,以KOH为活化剂,探究氮源和制备工艺对含氮炭材料电化学性能的影响。1、氮源对含氮炭材料电化学性能的影响以轻质生物油渣（LBDR）为原料,以KOH为活化剂,以哌嗪（P）、尿素（U）、三聚氰胺（M）和聚苯胺（PANI）为氮源,采用一步法制备含氮炭材料。考察了氮源对含氮炭材料理化特性和电化学性能的影响。氮源的引入不仅影响着材料的含氮量、含氮官能团种类,而且会改变其比表面积等孔结构特征,进而影响材料的电化学性能。研究结果表明,与哌嗪、尿素、聚苯胺相比,三聚氰胺掺杂能够显著改善电极材料的电化学性能。三聚氰胺作为氮源制备的含氮炭材料比表面积和含氮量达1928.11 m2/g和0.92 wt%;在三电极体系,1mol/L H2SO4为电解液,电流密度为1 A/g时,其比电容达到350 F/g。2、制备工艺对含氮炭材料电化学性能的影响以KOH为活化剂,三聚氰胺为氮源,采用正交实验法对重质生物油渣（HBDR）进行活化。系统考察了碱渣比（K/B）、三聚氰胺和油渣比（M/B）、活化温度（Tat）对含氮炭材料物理化学和电化学特性的影响。结果表明,三种因素均对含氮炭材料的电容性能有较大影响,其大小顺序为K/B＞M/B＞Tat。在K/B为6.0,M/B为1.0,Tat为600℃时,电容性能最好。在三电极体系,6mol/LKOH为电解液,电流密度为1 A/g时,比电容可达442.0 F/g。掺杂一定量的三聚氰胺可以优化含氮炭材料的组成和结构,增加氮含量,增大孔径,有利于提高含氮炭材料的润湿性,降低电解质的迁移阻力。
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