氮/磷/硼共掺杂介孔碳的制备及其电化学性能研究(2)
然而，纯碳材料亲水性较差，在一定程度上限制了其在各个领域的应用和发展。氮原子在元素周期表中处于碳原子相邻位置，可取代碳材料中的碳原子。在碳纳米材料中掺杂 N原子可以极大地改变材料的表面结构、调变其孔道结构、增强其亲水性[1]、从而扩大碳纳米材料在各领域的应用范围。在碳材料中掺杂N原子后，N原子的掺杂在吹冰边形碳网络中产生局部张力，导致结构变形[2]，并且由于N原子额外的孤对电子可以带给sp杂化碳骨架离域π系统负电荷，从而增强电子传输特性及化学反应活性[3]；在碳材料中掺杂富电子的N原子可以改变材料的能带结构——使材料的价带降低，增强材料的化学稳定性及增加费米能级上的电子密度[4]。
P元素与N元素有相同的最外层电子， B元素与C元素紧邻，它们的化学性质近似，不失为另一种更好的掺杂元素，因此对B、P元素掺杂的研究也越来越多。
N/P/B共掺杂多孔碳合成是一个简单的方法，通过直接碳化磷酸掺杂的聚苯胺。结构特性和表面化学研究了氮吸附和x射线光电子谱。N/P/B共掺杂碳表现出典型的微孔特征,低表面积和孔隙大小分布窄。有趣的是,浓度和热表面功能的发展强烈依赖于温度的热处理。循环伏安法和恒电流充电测试被用来研究这种微孔碳的电容性能,表现出较高的比电容和优秀的稳定性。电化学性能的改善是由于提出的结合杂原子(P,N)和原位激活磷酸产生的作用。[5]
目前的研究表明，杂原子比如氮、硼、磷的掺杂或者共掺杂可以通过改变材料的表面官能团，导电性以及提高赝电容量进而提高材料的超级电容器化学性能。本课题将采用氮、磷、硼三元素的共掺杂来制备杂原子掺杂的介孔碳电极材料，研究不同元素掺杂种类和含量对材料电化学性能的影响。分别使用二氢二胺为氮源，三苯基磷为磷源，硼酸为硼源，乙醇为溶剂以及三聚氰胺做氮源，磷酸二氢铵做磷源，硼酸作为硼源，去离子水为溶剂，硬模板碳化制备杂原子共掺杂介孔碳材料，并研究其电化学性能。
1.2 文献综述
1.3 小结
根据上面的阐述，实验通过采用溶胶-凝胶法、催化活化法，模板法等制备介孔碳。 其中，文献中的实验方法让我们了解到现在模板法广为流传。 科学家们运用用不同的方案合成出来一系列的介孔碳, 了解研究其优劣性。利用介孔碳材料作为模板合成其它孔材料等，使其在吸附、储氢、催化、电化学等方面都得到广泛的应用和良好的反响. 并且介孔碳在生物领域尤其是大分子的吸附和分离方面也有着一定的运用和前景.
本实验运用硬模板法，以可溶性酚醛树脂为碳源，分别用三聚氰胺和双氰胺为氮源，三苯基磷和磷酸二氢胺为磷源，硼酸为硼源，并以SiO2为硬模板采用浸渍法合成氮/磷/硼掺杂介孔碳，对其进行小角X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)测定介孔碳材料的结构形状。并且通过加入氮/磷/硼的前驱体比例不同，对比研究不同的电化学性能。
1.4 本论文研究目的与意义
介孔碳由于具有较大的比表面积，较好的水热稳定性，疏水性等优良的特性使其在分离、吸附、催化及新功能材料的开发等领域都有着极其重要的应用价值和研究价值。但是由于还没有完整的研究成果，介孔碳材料在真正的生活运用和实际生产中还存在某些问题需要解决。所以，在多孔碳材料中掺杂不同的原子，如氮，磷，硼等，使得其提高电化学活性，从而改进介孔碳的部分缺点，使其能有更稳定，广泛的运用。
本次实验通过改变不同的氮磷硼前驱体并调整其质量比例，得到不同氮硼磷掺杂量的介孔碳材料。研究在不同的氮源、硼源、磷源以及不同氮磷硼比例的情况下，对电化学性能的影响。这种特殊的椭球形貌，氮磷硼共掺杂介孔碳材料非常有望应用于超级电容器。
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