氮掺杂多孔薄层石墨烯的制备、表征及电容性能研究  被引量:3

Preparation,Characterization and Capacitive Properties of Porous Graphene Thin Sheets Doped with Nitrogen

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作  者:郑修成[1] 李盼[1] 张晓丽[1] ZHENG Xiucheng;LI Pan;ZHANG Xiaoli(College of Chemistry,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)

机构地区:[1]郑州大学化学学院,河南郑州450001

出  处:《信阳师范学院学报(自然科学版)》2020年第2期270-275,共6页Journal of Xinyang Normal University(Natural Science Edition)

基  金:国家自然科学基金项目(U1304203);河南省自然科学基金项目(162300410258);河南省高等学校重点科研项目(16A150046)。

摘  要:以氧化石墨烯(GO)为原料、硫酸铵((NH 4)2 SO 4)为动态气体模板剂,采用浸渍结合焙烧工艺制备了氮掺杂多孔薄层石墨烯(p-Gr).利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附-脱附(N 2 adsorption-desorption)等手段对所得材料进行了表征,并考察了不同硫酸铵用量对所制材料电容性能的影响.结果表明,与未活化的石墨烯(Gr)相比(S BET=70.5 m^2/g),所制p-Gr-40具有更大的比表面积(S BET=267.3 m^2/g)、更为丰富的孔结构以及优异的电化学性能.在三电极超级电容器中,在电流密度为1 A/g时,p-Gr-40比电容可达139.2 F/g,远远高于Gr(56.5 F/g);在对称两电极超级电容器中,在功率密度为160.03 W/kg时,p-Gr-40的能量密度为12.98 Wh/kg,其比电容在充放电循环10000圈后仍保持基本不变.这些优异的电化学性能源于其多孔结构及杂原子(如氮)掺杂.Porous graphene thin sheets(p-Gr)doped with nitrogen are prepared from graphene oxide(GO)by using ammonium sulfate((NH 4)2 SO 4)as dynamic gas template.The obtained samples are characterized by SEM,TEM,XRD,XPS,Raman,and N 2 adsorption-desorption.Furthermore,the influence of different(NH 4)2 SO 4 dosages on the electrochemical performance of the corresponding samples is investigated.Compared with the un-activated graphene(Gr)(S BET=70.5 m^2/g),the resultant p-Gr-40 possesses higher specific surface area(S BET=267.3 m^2/g),more abundant porous structure,and much better capacitive performance.The specific capacitance of p-Gr-40(C m=139.2 F/g)is much larger than that of Gr(C m=56.5 F/g)at a current density of 1 A/g in the three-electrode supercapacitor system.Meanwhile,p-Gr-40 owns an energy density of 12.98 Wh k/g at the power density of 160.03 W/kg in the two-electrode supercapacitor system.Also,the initial capacity retention of p-Gr-40 is nearly 100%even after 10000 charge-discharge cycles at 1 A/g,demonstrating its excellent cyclic stability.The enhanced electrochemical performance is contributed by the porous structure and heteroatoms doping(such as nitrogen).

关 键 词:多孔石墨烯 硫酸铵 动态气体模板剂 焙烧 超级电容器 

分 类 号:O646.7[理学—物理化学]

 

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