摘要
超级电容器是近年来备受研究者关注的一种新型的储能设备，它在具备传统电容器充放电速度快的优点的同时又具有电池的优良的储能特性。多孔碳材料由于其导电性强且拥有较高的比表面积，通常会被用作超级电容器的基底材料。环糊精是一种绿色可再生的环状寡糖，随着生产技术的发展，环糊精的价格不断下降。将环糊精作为碳源可以获得具备高比表面积的多孔碳球材料，将获得的多孔碳材料与具有高比电容的导电聚合物材料进行复合或者利用环糊精疏水性空腔，从而诱导导电聚合物在碳球表面有序生长，以及通过环糊精金属有机框架(CD-MOF)对染料分子的包封制备掺杂型碳材料均可以制备同时具备双电层电容和赝电容的复合材料。本文工作主要包括以下三个部分: (1)γ-环糊精基多孔碳球/聚苯胺复合物的制备及电化学储能研究。将γ-环糊精作为生物质碳源，以非离子型表面活性剂F127作为软模板经过高温水热及碳化后可以制备多孔碳球(acs)材料，将PCS作为导电聚合物聚苯胺(PANI)生长的模板，可成功制备PANI/PCS复合材料。通过调控体系中苯胺的浓度的变化，确定了苯胺聚合最适宜的的浓度。利用XPS能谱分析了C、N、O三种元素在材料表面的化学状态。在三电极体系测试下，1.0A·g-1时PANI/PCS复合材料比电容最高可以达到339.2F·g-1。比起纯PCS比电容(103.6F·g-1)提升了227.4％。 (2)聚环糊精功能化碳球/PANI材料的制备及其超级电容器中的应用。通过将一定比例的多孔碳球和聚-β-环糊精(CDP)研磨混合，然后将混合物分散在PANI合成的体系中，通过PCS在水中的分散性实验，确定了PCS和CDP的研磨比。然后利用聚环糊精的主客体相互作用，诱导苯胺单体在PCS表面有序聚合，可以制备CDP-PCS/PANI复合材料。通过调控体系中PANI的浓度，制备出具有高电化学性能的CDP-PCS/PANI复合材料。在三电极体系，1.0A·g-1下，CDP-PCS/PANI的比电容可以达到471.2F·g-1，同PANI/PCS相比，CDP-PCS/PANI的电化学储能性能大幅度提升，且具有更高的循环稳定性和倍率性能。并根据CDP-PCS/PANI复合材料在不同扫速下的循环伏安曲线的峰电流值，计算了材料中赝电容的贡献度。 (3)CD-MOF衍生N，S掺杂多孔碳材料及超级电容器的应用。通过微波法可以实现对包封了甲基橙分子的环糊精基金属有机框架(CD-MOF(∪)MO)材料的快速制备，CD-MOF(∪)MO材料经高温煅烧后可获得硫、氮共掺杂型多孔碳材料(N,S-PC)。通过XPS能谱分析，确定了N、S两种元素的成功掺杂。后续试验分别调控了体系当中MO含量以及改变N，S-PC的煅烧温度和升温速率，分别测试N，S-PC的电化学性能。当MO与γ-CD摩尔比为1∶1，煅烧温度为700℃，升温速率为30℃·min-1时，在三电极体系下，1∶1N，S-PC的比电容达到了283.2F·g-1。将1∶1N，S-PC组装成对称超级电容器，功率密度为750.0W·kg-1时，最大能量密度可以达到14.1Wh·kg-1，经历10000圈5A·g-1下循环后，电容保持率仍能保持初始电容的82.1％。
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