富氮多孔納米炭纖維的制備及其用作超級電容器電極材料

馬 昌, 史景利, 李亞娟, 宋 燕, 劉 朗

富氮多孔納米炭纖維的制備及其用作超級電容器電極材料

馬 昌1, 史景利1, 李亞娟1, 宋 燕2, 劉 朗2

(1.天津工業大學材料科學與工程學院,天津300387; 2.中國科學院山西煤炭化學研究所中國科學院炭材料重點實驗室,山西太原030001)

以商業聚酰亞胺樹脂為前驅體,經過靜電紡絲和一步炭化制備出富含氮原子的納米炭纖維,采用掃描電鏡、低溫氮吸附和XPS等手段對納米炭纖維的結構進行表征,考察不同炭化溫度下納米炭纖維的孔結構與表面含氮官能團的演變。結果顯示,所得聚酰亞胺纖維經過一步高溫處理便可得到微孔發達且富含氮原子的納米炭纖維。隨著炭化溫度的升高,納米炭纖維的比表面積與氮含量均逐漸降低。700℃炭化得到的納米炭纖維的比表面積達到447 m2/g、纖維平均直徑為234 nm、表面氮含量達到4.1%。將所得納米炭纖維直接用作超級電容器電極,采用循環伏安法、恒流充放電和交流阻抗對其電化學性能進行考察。所得富氮納米炭纖維表現出優異的電容量和表面電化學活性,其比電容達到214 F/g,單位比表面的電容量達到0.57 F/m2。

富氮;電容器;納米炭纖維;多孔炭

1 前言

多孔納米炭纖維作為新型炭材料家族中重要的一員,不僅具有傳統多孔炭的固有特性,例如優異的電子導電性、高的比表面積、良好的化學穩定性和溫度穩定性,還具有大比表面效應和量子尺寸效應等納米材料的特性,同時它還具有一維材料的高機械強度和較好的成型性,因此,它在開發新的納米復合材料、吸附材料、催化材料和電極材料等研究領域中扮演著重要的角色[1]。……