《ACS Sustainable Chem Eng》期刊:棕櫚樹花苞製備N摻雜碳納米片...

2020-12-08 騰訊網

本文要點：

Palm spathe衍生的分級N摻雜碳納米片可用作鋰離子存儲和超級電容器應用的成本有效且可持續的電極材料。

1

成果簡介

在本研究中，含有乾燥棕櫚花苞通過簡易/可擴展且低成本的KOH工藝，製備出高比表面積和相互連接的分層孔結構N摻雜碳納米片（NCNS）。前幾年已經研究過幾種生物質來源來製備碳材料，但本報告的特別在於直接從棕櫚苞生物質中製備石墨烯類2D碳納米片，Hummer法製備石墨烯不同。對所得的N摻雜碳納米片（NCNS）進行了鋰離子電池（LIB）和超級電容器（SC）檢測，並對其電化學性能進行了詳細的研究和討論。

2

圖文導讀

方案1與圖1說明了通過碳化從乾燥棕櫚苞生物質中獲得含N碳納米片（NCNS）的方案，然後進行KOH活化。棕櫚廢物基本上由纖維素，木質纖維素，澱粉，蛋白質，多糖等組成，它們能夠產生具有微晶區域的軟碳和硬碳。

圖1.（a）製備的NCNS碳的粉末X射線衍射圖和（b）合成的NCNS碳的拉曼光譜。

方案1.幹棕櫚生物質NCNS示意圖

圖2.（a，b）低放大倍率和高放大率下NCNS碳的FESEM顯微照片

（c，d）低放大率和高放大倍率下的HRTEM顯微照片

圖3.（a）在77K測量的NCNS的N 2吸附 - 解吸等溫線和相應的孔徑分布曲線顯示在插圖和（b）合成的NCNS的FTIR光譜中。

圖4. NCNS的XPS光譜：（a）測量掃描，（b）C 1s信號，（c）O 1s信號和（d）N 1s信號

圖5. LIB性能的研究：

（a）NCNS的掃描速率為0.2 mV s -1，電位範圍為0.01-3.0 V時的CV曲線，

（b）以0.1 C速率記錄的恆電流充放電曲線電位為0.01-3.0 V，

（c）NCNS在0.1 C速率下的循環壽命研究。

圖6.超級電容器的評估：

（a）以不同掃描速率記錄的NCNS的CV曲線，

（b）以不同電流密度記錄的NCNS的電阻靜電充放電曲線，

（c）顯示特定電容和電流密度之間關係的曲線圖，

（d）NCNS的Ragone圖。

圖7.對於超級電容器，電流密度為5A / g時，NCNS的循環壽命性能與庫侖效率的關係圖。

3

小結

本文提出一種簡易且循環的方法，用於直接從幹棕櫚花苞生物質大規模生產N摻雜二維碳納米片（NCNS），用於涉及鋰離子電池（LIB）和超級電容器（SC）的能源存儲應用。通過XRD，FESEM和HRTEM表徵表明形成石墨烯類碳納米片。氮吸附等溫線顯示出非常高的表面積（1297m2g-1），孔體積（0.68cm3g-1）和中孔（4.2nm）。NCNS優異的電化學性能歸因於高BET表面積，2D納米片形態，分級孔結構和由於N-摻雜導致的良好電子傳導性。可用作鋰離子電池，超級電容器，光催化和其他轉換裝置領域中的能源存儲應用的潛在電極材料

參考文獻：

Palm Spathe Derived N-Doped Carbon Nanosheets as a High Performance Electrode for Li-Ion Batteries and Supercapacitors

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b01261

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