【摘 要】
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生物质资源是地球上分布最为广泛的资源之一,却没有得到有效利用,一方面导致资源浪费,另一方面有可能导致环境污染。因此,制备生物质衍生活性炭因结构可控性高,操作简便,转换效率高等优势而广受关注。本文制备了槟榔壳衍生碳基多孔材料,研究了制备工艺对电容性能的影响。以槟榔壳为前驱体,氢氧化钾为活化剂,在600-900℃活化热解制备出一系列的三维多孔活性炭,探究了活化温度对材料的多孔结构,表面的原子情况,和在
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生物质资源是地球上分布最为广泛的资源之一,却没有得到有效利用,一方面导致资源浪费,另一方面有可能导致环境污染。因此,制备生物质衍生活性炭因结构可控性高,操作简便,转换效率高等优势而广受关注。本文制备了槟榔壳衍生碳基多孔材料,研究了制备工艺对电容性能的影响。以槟榔壳为前驱体,氢氧化钾为活化剂,在600-900℃活化热解制备出一系列的三维多孔活性炭,探究了活化温度对材料的多孔结构,表面的原子情况,和在6M的KOH电解液中的电化学性能的影响。结果表明用氢氧化钾活化会产生大量K2CO3纳米颗粒,且当温度升高时,会进一步造孔,K2CO3能与C进一步反应,所制备的活性炭（BN）的比表面积由600℃的599.9 m~2/g逐渐增加到800℃的2005.9m~2/g,而温度再次升到900℃时,比表面积反而降低。其次在碱性电解液中,在1 A/g的电流密度下比电容量800℃时高达257.02 F/g。且发现随着温度的升高,质量比容量展现先升后降的趋势。采用氯化铵作为掺杂剂,对BN进行进一步的氮元素掺杂提升材料的超级电容器性能,一套工艺流程成功制备了氮掺杂三维多孔碳（BN-K-A）材料。该材料表现出高达2333 m~2/g的比表面积和丰富的三维管状多孔结构,其中氮元素含量为2.76%,BN-K-A在1 A/g电流密度下质量比电容高达348 F/g,与对比样BN-K（257F/g）相比提高了73.8%;即使处于大电流密度条件下,BN-K-A的质量比电容仍有252 F/g@20 A/g,表现出不俗的倍率性能,当使用BN-K-A组装扣式超级电容器（SC）,测得SC质量比电容为77 F/g（1 A/g）且在10 A/g条件下经10000次长时间循环后,电容仅减少了3.63%,表明SC具有卓越和循环稳定性,也进一步说明BN-K-A作为超级电容器电极材料拥有良好的发展潜力和远景。对槟榔壳先进行N、P掺杂提升材料的催化活性,后氢氧化钾活化造孔,生产出BN-NP2拥有C-N、C-P等多个活性位点的存在,该BN-NP2催化剂在0.1 M KOH的半波电位为0.81 V,极限电流密度为-5.38 m A/cm~2,活性和商业Pt/C（1.00V,0.83 V,-5.60 m A/cm~2）相差不大,并且当用作阴极材料组装成锌空电池时,有108m W/cm~2的功率密度。
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