【摘 要】
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多孔碳材料具有高比表面积和孔体积、独特的形貌、可调控的孔隙结构、优异的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性等重要性质,在能量转换与储存方面得到了广泛的应用。近年来研究者们发现,碳基质中引入杂原子,可以改善介孔碳材料的性能,进而扩大其应用范围。当介孔碳材料作为超级电容器电极材料时,氮元素的掺杂可以产生额外的赝电容,同时增加材料的导电性和表面湿润性,进而增强其电容器性能。目前在介孔碳材料中掺杂氮原子主要采
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多孔碳材料具有高比表面积和孔体积、独特的形貌、可调控的孔隙结构、优异的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性等重要性质,在能量转换与储存方面得到了广泛的应用。近年来研究者们发现,碳基质中引入杂原子,可以改善介孔碳材料的性能,进而扩大其应用范围。当介孔碳材料作为超级电容器电极材料时,氮元素的掺杂可以产生额外的赝电容,同时增加材料的导电性和表面湿润性,进而增强其电容器性能。目前在介孔碳材料中掺杂氮原子主要采用硬模板法、后处理改性法等。这些方法过程复杂且制备成本较高。本论文针对以上缺点采用软模板法制备氮掺杂介孔碳材料,具体工作如下:（1）以密胺树脂（MF）低聚物为碳和氮前体,不同表面活性剂为结构导向剂,1,3,5-三甲苯（TMB）为助剂,采用软模板法制备介孔碳材料。探究不同表面活性剂对介孔碳材料形貌的影响。结果表明,以非离子表面活性剂F127为软模板合成的介孔碳材料具有规整的球形形貌和介孔结构,且具有较大的比表面积298 cm~2 g-1和孔体积0.97 cm~3g-1。（2）以密胺树脂（MF）低聚物为碳和氮前体,两亲性三嵌段共聚物为结构导向剂,1,3,5-三甲苯（TMB）为助剂,采用软模板法制备具有可调尺寸和结构的单分散介孔碳纳米球。通过添加HCl调节反应体系的酸碱度来控制单分散的介孔MF聚合物纳米球的尺寸,进而获得具有不同介孔尺寸的氮掺杂介孔碳微球（N-MCs-n,其中n是碳球直径,nm）。通过XRD、SEM、TEM、N2吸附脱附和XPS等对其形貌、介孔结构、微观组成等进行分析,并探究了不同表面活性剂、甲醛与三聚氰胺比例和HCl用量对单分散介孔MF聚合物纳米球和介孔碳微球形貌的影响。结果表明,以表面活性剂F127为结构导向剂,甲醛与三聚氰胺比例在1:1、HCl与三聚氰胺的摩尔比为0.2～0.45时的介孔碳微球形貌最好,制备的单分散氮掺杂介孔碳微球的比表面积为315 cm~2 g-1、孔体积为1.03cm~3 g-1,含氮量为26.14%。（3）利用KOH对氮掺杂介孔碳微球进行化学活化,通过SEM、TEM、XRD、N2吸附脱附和XPS等其进行了分析表征。选择活化后的N-MCs-50进行循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗谱测试。结果显示,在三电极体系中,0.2 A g-1的电流密度下,在2 M KOH电解质水溶液中的比电容为196.0 F g-1;在10 A g-1的大电流密度下,电容维持在129.37 F g-1（电容保持率为65.8%）,5000次循环后电容保持率为90.2%。在两电极体系中,N-MCs-50的比电容为44.37 F g-1,倍率性能0.1～10 A g-1,电容保持率为74.3%。表现出极好的超级电容器性能及较好的电化学稳定性。
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