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聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O646[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]辽宁科技大学化工学院,材料电化学研究所,辽宁鞍山114051
  • 相关基金:国家自然科学基金(51102126),教育部留学回国基金(2011508),辽宁省高等学校杰出青年学者成长计划(LJQ2011024,LJQ2012026)和辽宁省教育厅基金(L2010197)资助项目
中文摘要:

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs),再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明,苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后,得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳,具有核.壳结构的氮掺杂碳纳米管,而碳纳米管本征结构未遭破坏.研究表明,随着苯胺用量的增大,氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚,氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%,而作为超级电容器电极材料,随着氮掺杂碳层厚度降低,氮掺杂碳纳米管在6mol·L-1氢氧化钾电解液中的比容量从107F·g-1增大到205F·g-1,远高于原始碳纳米管10F·g-1的比容量,且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性,经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%-97.1%,表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大,其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强.

英文摘要:

Nitrogen-doped carbon nanotubes (NCNTs) were prepared by carbonization of polyaniline- coated CNTs that were synthesized by in situ polymerization of aniline on the CNT surface. The laser Raman spectroscopy, transmission electron microscope (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) indicated that carbonization treatment of the polyaniline (PANI) coated CNTs produced NCNTs owning the core-shell structure of a nitrogen-doped carbon shell and a CNT core, without destroying the intrinsic CNT structure. By increasing the aniline amount, the N-doped layer of the NCNTs became thicker, and the amount of nitrogen doping increased from 7.06% to 8.64% (mass fraction). As the supercapacitor electrode material, the NCNTs capacitance in 6 mol· L-1 aqueous KOH solution increased from 107 to 205 F·g-1 as the N-doped layer thickness decreased, which was much higher than the capacitance of 10 F·g-1 for the pristine CNTs. Especially, NCNT electrodes displayed good cyclability, maintaining 92.8%-97.1% of the initial capacitance after 1000 charge-discharge cycles. The high capacitance and good cyclability of the NCNTs as a supercapacitor electrode material can be attributed to the pseudo-Faradic capacitance and improved hydrophility contributed by the nitrogen functional groups and the core-shell structure of the NCNTs, respectively.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781