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超級電容電極炭的研究

來源：韓研活性炭網作者：韓研活性炭網 2017-07-13

　　含有氧和磷雜原子的微孔活性炭通過使用三聚氰胺和尿素前體引入氮進行改性。過用元素分析、XPS和31 P NMR對活性炭表面化學進行了分析。結果表明，在高溫下加入氮時，不僅形成了碳/氮/氧的新物種，而且磷環境明顯改變。脲和三聚氰胺前體都對P-N和P-C鍵的形成具有相似的作用。這些化合物盡管以小但可測量的量存在似乎影響了電化學電容器中的活性炭的性能。

　　活性炭是用于電化學電容器的新型材料之一。活性炭的比電容為100-400 F / g。近年來，幾個研究小組證實，其多孔結構，特別是最佳孔徑是決定其在超級電容器中的電容性能的最有影響力的因素。盡管有這樣的協議，活性炭上的能量儲存過程遠遠沒有完全的理解。遇到的問題在于碳表面的復雜性。雖然活性炭的發達表面積和高孔體積是已知的，但是很難獲得具有均勻孔徑的活性炭，

　　除了多孔結構之外，活性炭具有復雜的表面化學性質，改變了碳的電化學能量儲存。作為自氧化的結果，碳表面通常裝飾有包含表示作為羧酸，酚，內酯，羧酸無水物，酮，醚，醌或吡喃酮這類化合物的官能團的氧。在這些中，后兩者被認為是基本的和醌/氫醌的氧化還原反應表示為負責碳材料。先前的工作還提出，吡喃酮氧是電化學活性。

　　除了氧，最常見的雜原子但從其影響對催化和電化學性能活性炭的是氮。當富氮碳被合成/在高溫下變形，大部分氮的存在作為電阻鎳鉻合金，吡啶，季或吡啶基-N-氧化物。除了在吡啶和電阻鎳鉻合金安排，提出參加贗法拉第反應帶負電的氮，分布于以離子訪問的孔時，發現同樣重要，以增強電容。

　　這項研究的目的是調查另一個雜原子，磷及其化合物對活性炭電化學性能的作用。雖然磷并不是在所有碳通常遇到的元件它總是存在于可測量在使用磷酸活化所得到的活性炭。對木質活性炭的表面化學作用進行了仔細觀察，其電化學性能如前所述。在這項研究中，首次研究了磷的化學環境與氧和氮官能團的結合。就這樣，重新研究了含氮和氧的基團的形態，并試圖闡明磷對測量的電容和電容保持率的影響。到目前為止，摻入碳基質的磷的方面沒有被討論為影響活性炭電極的性能。

　　簡單介紹本次活性炭的制造方法

　　本次制造的活性炭采用木質材料。其表面修飾是在細節之前的描述。簡單地說，在用尿素或三聚氰胺改性之前，用50%HNO 3將碳樣品氧化4小時，然后用水洗去除去過量的酸和水溶性的氧化產物。然后將初始和氧化的樣品用乙醇中的尿素或三聚氰胺懸浮液處理，并在室溫下攪拌5小時。將浸漬的樣品在氮氣中以10℃/ min加熱至950℃，并在這些溫度下保持0.5小時。修改后，用沸水洗滌樣品以除去任何過量的尿素或三聚氰胺分解產物。處理后的活性炭稱為B，改性后的活性炭分別以其名稱加上U或M，分別代表尿素或三聚氰胺。預氧化樣品用字母O表示。因此，例如，B-MO是預氧化的BAX-1500，用三聚氰胺處理并在950℃下加熱，做成的超級電容電極炭。

　　為了研究磷對活性炭的電化學電容的影響，將狹窄和寬分量的齒對相對于修改樣品的電容作圖，相應的相關關系如圖所示。觀察到，狹窄和寬的屏蔽對電容具有積極作用，并且表示狹窄和寬的線性趨勢的線的斜率非常相似。如上所述，最屏蔽的狹窄對應于表面偏磷酸鹽，并且從表所示的數據可以看出，預氧化樣品比其非預氧化的對應物含有更多的這些物質。然而，B-UO和B-MO的比電容低于B-U和B-M，其表面由比磷酸鹽多的焦磷酸鹽組成。這表明表面焦磷酸鹽通過一些可能的法拉第相互作用對電容具有積極的影響。狹窄和寬的斜率之間的相似性意味著表面和地下磷環境對研究中碳的電容性能的等效重要性。換句話說，涉及P-N和P = N鍵的表面磷酸鹽和地下結構被證實是積極地影響活性炭的電容性能。

　　結果表明，碳基質中少量但可測量的磷的存在對電化學性能有很大的影響。磷氮和磷 - 碳鍵的形成伴隨著橋接氧的減少和磷酸鹽的數量增加，活性炭表面的異質性導致對整體電容和電容的改善產生積極影響的化合物保留率。

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