杭州電子科技大學《Energy Research》:自凝膠法從羅勒種子中合成富雜原子多孔炭用於柔性超級電容器

2021-02-24 材料分析與應用
首次採用環保的自凝膠方法,從天然羅勒種子中製備出富含雜原子的多孔碳樣品

採用簡單的凝膠化方法合成羅勒種子衍生的多雜原子摻雜多孔炭(BHPCs),然後採用中性凝膠水/KOH共活化工藝。在相對較低的KOH負載和活化溫度下製備的BHPC-700具有較大的比表面積(1178.3m2 g-1)、良好的分層微/介觀孔隙率和豐富的自摻雜雜原子功能(氧、氮、磷和硫的13.08%)。電化學測試表明,基於BHPC-700的電極具有超高的比電容(0.5A g 1時為464 F g 1)、優異的速率性能(50 A g 1時保持73.3%的電容)和優異的循環穩定性(在5000 次循環中保持96.8%的電容)。此外,BHPC-700電極組裝成全固態對稱超級電容器。組裝後的器件在功率密度為500 W kg 1時具有15.0 Wh kg 1的高能量密度和顯著的靈活性,在可持續可攜式電子領域顯示出巨大的應用前景。

圖1、羅勒種子衍生的多雜原子摻雜多孔碳(BHPC)的合成策略示意圖

圖2、A,BHPC的氮吸附-解吸等溫線;B,使用DFT模型的BHPC的孔徑分布。BHPC,羅勒種子衍生的多雜原子摻雜多孔碳;DFT,密度泛函理論

圖3、A,BHPC-600的SEM圖像; B,BHPC-700;C,BHPC-800;BHPC-700的D,HRTEM和SAED圖像。BHPC,羅勒種子衍生的多雜原子摻雜多孔碳;HRTEM,高解析度透射電子顯微鏡;SAED,選定區域的電子衍射;SEM,掃描電子顯微鏡

圖4、BHPC的A,XRD圖譜和B,拉曼光譜。BHPC,羅勒種子衍生的多雜原子摻雜多孔碳;XRD,X射線衍射

圖5、基於BHPC-700的靈活,全固態對稱超級電容器的電容行為;A,CV曲線在不同的電位窗口下;B,在20、50、100和200mV s -1的各種掃描速率下的CV曲線;C,在電流密度為0.5、1、2、5和10 A g -1時的恆電流充放電曲線。D,計算的碳的比電容與電流密度;E,奈奎斯特圖(插圖是高頻區域的放大圖);F,在100 mV s -1的 CV曲線和G,具有不同彎曲角度的光學照片;H,實際應用。BHPC,羅勒種子衍生的多雜原子摻雜多孔碳;CV,循環伏安法

綜上所述,首次環保的自凝膠方法,從天然羅勒種子中製備出富含雜原子的多孔碳樣品。 這項研究促進了可攜式和可穿戴電子產品領域中高性能電極材料候選材料的可持續前體開發和綠色合成策略。 

文獻:

來源:文章來自Energy Recearch網站,由材料分析與應用整理編輯。

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