无机材料学报 ›› 2021, Vol. 36 ›› Issue (7): 711-717.DOI: 10.15541/jim20200033 CSTR: 32189.14.10.15541/jim20200033
所属专题: 【虚拟专辑】超级电容器(2020~2021); 【能源环境】超级电容器(202409)
收稿日期:
2020-01-15
修回日期:
2020-12-03
出版日期:
2021-07-20
网络出版日期:
2020-12-10
通讯作者:
传秀云, 教授. E-mail:xychuan@pku.edu.cn
作者简介:
刘芳芳(1995-), 女, 博士研究生. E-mail:liuff4069@163.com
基金资助:
LIU Fangfang1(), CHUAN Xiuyun1(
), YANG Yang1, LI Aijun1,2
Received:
2020-01-15
Revised:
2020-12-03
Published:
2021-07-20
Online:
2020-12-10
Contact:
CHUAN Xiuyun, professor. E-mail:xychuan@pku.edu.cn
About author:
LIU Fangfang(1995-), female, PhD candidate. E-mail:liuff4069@163.com
Supported by:
摘要:
以天然矿物纤水镁石为模板、蔗糖为碳源制备多孔碳纳米管, 并以硫脲为氮、硫源, 采用水热法制备氮/硫共掺杂的碳纳米管。结果表明, 掺杂碳纳米管继承了纤水镁石模板的柱状结构, 呈现中空管状, 增大了模板炭的比表面积和孔容。在6 mol·L-1 KOH电解液中, 电流密度为1 A·g-1时, 未掺杂碳纳米管的比电容为62.2 F·g-1, 氮掺杂之后碳纳米管的比电容为97.0 F·g-1, 氮/硫共掺杂的碳纳米管比电容为172.0 F·g-1, 氮/硫共掺杂后碳纳米管的电化学性能比未掺杂的提高近3倍; 循环1000次电容保持率达89%, 说明掺/硫共掺杂碳纳米管具有良好的电化学性能。此外, 组装的对称型超级电容器同样展示了良好的电容性能。
中图分类号:
刘芳芳, 传秀云, 杨扬, 李爱军. 氮/硫共掺杂对纤水镁石模板碳纳米管电化学性能的影响[J]. 无机材料学报, 2021, 36(7): 711-717.
LIU Fangfang, CHUAN Xiuyun, YANG Yang, LI Aijun. Influence of N/S Co-doping on Electrochemical Property of Brucite Template Carbon Nanotubes[J]. Journal of Inorganic Materials, 2021, 36(7): 711-717.
图3 (a, e)纤水镁石模板及纤水镁石制备的模板纳米管(b, f)CNT, (c, g)CNT-N和(d, h)CNT-N/S的(a~d)SEM和(e~h)TEM照片
Fig. 3 (a-d) SEM and (e-h) TEM images of (a, e) fibrous brucite, fibrous brucite templated carbon nanotube (b, f) CNT, (c, g) CNT-N, (d, h) CNT-N/S
图4 纤水镁石制备的模板纳米管CNT, CNT-N和CNT-N/S的(a)氮气吸脱附曲线和(b)BJH孔径分布图
Fig. 4 (a) Nitrogen adsorption-desorption isotherms and corresponding (b) BJH pore size distribution curves of the Fibrous Brucite templated carbon nanotube CNT, CNT-N and CNT-N/S
Sample | SBET/(m2∙g-1) | Smicropore/(m2∙g-1) | Vtotal/(cm3∙g-1) | Vmircropore/(cm3∙g-1) | Dap/nm |
---|---|---|---|---|---|
CNT | 505.5 | 273.5 | 0.381 | 0.125 | 3.02 |
CNT-N | 245.1 | 131.3 | 0.213 | 0.060 | 3.48 |
CNT-N/S | 224.8 | 63.8 | 0.267 | 0.028 | 4.75 |
表1 纤水镁石制备的模板纳米管CNT, CNT-N和CNT-N/S的比表面积和孔结构参数
Table 1 Specific surface areas and pore structure parameters of fibrous brucite templated carbon nanotube CNT, CNT-N and CNT-N/S
Sample | SBET/(m2∙g-1) | Smicropore/(m2∙g-1) | Vtotal/(cm3∙g-1) | Vmircropore/(cm3∙g-1) | Dap/nm |
---|---|---|---|---|---|
CNT | 505.5 | 273.5 | 0.381 | 0.125 | 3.02 |
CNT-N | 245.1 | 131.3 | 0.213 | 0.060 | 3.48 |
CNT-N/S | 224.8 | 63.8 | 0.267 | 0.028 | 4.75 |
图6 CNT、CNT-N和CNT-N/S电极(a)在100 mV·s-1下的循环伏安曲线, (b)在1 A·g-1下的恒流充放电曲线, (c)在1 A·g-1下的循环稳定性曲线
Fig. 6 (a) CV curves at 100 mV·s-1, (b) GCD curves at 1 A·g-1, (c) cycling performance at 1 A·g-1 of CNT, CNT-N and CNT-N/S
图7 CNT//CNT、CNT-N//CNT-N和CNT-N/S//CNT-N/S (a)在不同电流密度下的比电容曲线, (b)在2 A·g-1下的循环稳定性曲线和(c)Nyquist曲线(插图为高频区域局部放大图)
Fig. 7 (a) Specific capacitance versus current density, (b) cycling performance at 2 A·g-1 and (c) Nyquist plots of CNT//CNT, CNT-N//CNT-N and CNT-N/S//CNT-N/S with insert in (c) showing the corresponding enlarged view of the high frequency
图S3 纤水镁石制备的模板纳米管CNT、CNT-N和CNT-N/S的XPS全谱(内插图为N1s特征峰的局部放大图)
Fig. S3 XPS spectra with the enlarged view of N1s peaks in the insert of Fibrous Brucite templated carbon nanotube CNT, CNT-N and CNT-N/S
Sample | C/at% | O/at% | N/at% | S/at% |
---|---|---|---|---|
CNT | 87.34 | 12.66 | - | - |
CNT-N | 84.93 | 13.62 | 1.45 | - |
CNT-N/S | 89.68 | 8.15 | 0.74 | 1.43 |
表S1 纤水镁石制备的模板纳米管CNT、CNT-N和CNT-N/S的元素组成
Table S1 Elemental composition of Fibrous Brucite templated carbon nanotube CNT, CNT-N and CNT-N/S
Sample | C/at% | O/at% | N/at% | S/at% |
---|---|---|---|---|
CNT | 87.34 | 12.66 | - | - |
CNT-N | 84.93 | 13.62 | 1.45 | - |
CNT-N/S | 89.68 | 8.15 | 0.74 | 1.43 |
图S4 (a, d)CNT、(b, e)CNT-N和(c, f)CNT-N/S电极(a~c)在不同扫描速率下的循环伏安曲线和(d~f)在不同电流密度下的恒电流充放电曲线; CNT、CNT-N和CNT-N/S电极的(g)Nyquist曲线(内插图为等效电路图)
Fig. S4 (a-c) CV curves at different scan rates and (d-f) GCD curves at different current densities of (a, d) CNT, (b, e) CNT-N and (c, f) CNT-N/S; (g) Nyquist plots of CNT, CNT-N and CNT-N/S with insert showing the corresponding equivalent circuit
图S5 (a)对称超级电容器的结构示意图; (b, e)CNT//CNT、(c, f)CNT-N//CNT-N和(d, g)CNT-N/S//CNT-N/S (b~d)在不同扫描速率下的循环伏安曲线和(e~g)在不同电流密度下的恒电流充放电曲线
Fig. S5 (a) Schematic structure of symmetric capacitor; (b-d) CV curves at different scan rates and (e-g) GCD curves at different current densities of (b, e) CNT//CNT, (c, f) CNT-N//CNT-N and (d, g) CNT-N/S//CNT-N/S
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