本發(fā)明屬于生物質(zhì)碳材制備與應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地，涉及一種摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著不可再生能源的日益短缺和越來越嚴重的環(huán)境污染，人們對可再生能源和綠色新能源將越來越依賴。生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源，具有高儲能、可再生、無污染的特點，在利用生物質(zhì)制備碳材料方面一直受到人們的垂青，在電化學、污水處理、有害氣體的吸附等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，特別是在電化學領(lǐng)域，以生物質(zhì)為原料制備的碳材料具有高的比表面積、高穩(wěn)定性、良好的導電性、且能大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點。

隨著我國沿海一帶水產(chǎn)業(yè)、旅游業(yè)的大興開發(fā)，蝦殼等海產(chǎn)品的廢棄物逐年增加，造成資源的浪費和環(huán)境的污染。蝦殼里含豐富的碳源，具備獨特的片層結(jié)構(gòu)，且來源廣泛，成本低廉，環(huán)境友好，以蝦殼為原料制備多孔碳有著獨特的優(yōu)勢。

生物質(zhì)作為碳源制備多孔碳材料的方法主要有物理活化法、化學活化法和模板法。物理活化是溫度在700℃-1000℃之間，以H₂O、CO₂和空氣作為活化劑，利用與前驅(qū)體發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來造孔性；化學活化法是用堿(KOH、NaOH、K₂CO₃)或H₃PO₄、ZnCl₂等化學物質(zhì)對前驅(qū)體進行化學腐蝕，在活化過程中通過熱解縮聚反應(yīng)增加比表面積形成豐富空隙結(jié)構(gòu)；模板法是引入一種具有有序孔的材料，將前驅(qū)體浸潤在模板中，使其孔中發(fā)生反應(yīng)，利用模板材料的自身限制作用，制備出具有單一孔徑的有序化的碳材料。上述三種方法各有優(yōu)缺點：物理法與化學法簡單，但是孔呈現(xiàn)無序狀態(tài)且可調(diào)性差；模板法因為可以控制孔徑大小及孔隙狀態(tài)而具有獨特的優(yōu)勢，但是現(xiàn)在的模板法多基于一些昂貴的模板，制備工藝復(fù)雜、成本較高。發(fā)展新型的含相對有序孔的多孔碳材料是一個巨大的挑戰(zhàn)。

超級電容器是一種新型的電化學能源儲能器件，比傳統(tǒng)電容器有高的能量密度，比電池有高的功率密度，且循環(huán)使用壽命長、成本低，被應(yīng)用到諸多領(lǐng)域。在超級電容器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展驅(qū)動下，研制高比容量、高穩(wěn)定性的電極材料已成為世界的熱點課題。常用的電極材料有金屬氧化物、導電聚合物和多孔炭材料。由于多孔炭材料來源廣泛、化學穩(wěn)定和循環(huán)使用壽命長，尤其是具有高比表面積和高孔容，且相對于碳納米管、石墨烯等碳材料具有成本低、原料豐富等優(yōu)點，因此用其作為超級電容器的電極材料成為目前的研究熱點。

有研究表明，利用天然生物材料為碳源制備的多孔超薄碳層，環(huán)境友好，并其自身生物模板結(jié)構(gòu)的獨特性顯示出應(yīng)用性能的優(yōu)勢，而且基于生物質(zhì)多孔碳形成碳基質(zhì)與孔的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，并且可以在長度、寬度、厚度三維尺度拓展，具有更好的導電等物理性能。因此，選擇不同的碳源生物模板與處理工藝是制備不同性能和用途的多孔碳的關(guān)鍵。例如Li Sun等人在[Journal of Materials Chemistry A 2013,1,6462–6470]中使用椰殼作為多孔炭的前驅(qū)體，在催化劑FeCl₃和活化劑Zncl₂作用下高溫熱解并經(jīng)酸處理后得到多孔碳材料，其BET比表面積為1874m²/g、總孔容積1.21cm³/g，比電容268F/g，并將其作為電極材料應(yīng)用在超級電容器上。而碳基材料一般比表面積在2180-3100m²/g，但是現(xiàn)有的多孔生物質(zhì)碳，因為材料組成與結(jié)構(gòu)等原因，比電容相對較低(250F/g)；現(xiàn)有石墨烯的實際比電容也限制在300F/g。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種新的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層及其制備方法和應(yīng)用，能夠克服模板法制備過程中工藝復(fù)雜、成本較高的缺點，結(jié)合生物質(zhì)模板、物理法與化學法的優(yōu)勢，同時更容易進行氮原子摻雜，最終制備出一種具有形貌特殊、電化學性能優(yōu)越的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層。

為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層制備方法，其步驟包括：

(1)先將蝦殼原料用去離子水超聲清洗，再在堿性溶液中超聲浸漬清洗，洗凈后將蝦殼烘干；

(2)將步驟(1)得到的干燥蝦殼與含氮原料按質(zhì)量比為1：0.01～5的比例混合，用去離子水加熱攪拌混合直至水分完全蒸發(fā)；

(3)將步驟(2)所得混合物研磨至粉末狀，然后在惰性氣體的保護下進行低溫熱解；

(4)將步驟(3)低溫熱解后得到的物質(zhì)與堿性物質(zhì)按質(zhì)量比1：0.5～3的比例研磨混合均勻，在惰性氣體保護下進行高溫熱解；

(5)將步驟(4)將高溫熱解后得到的物質(zhì)與過量的稀酸混合攪拌去堿，然后用去離子水離心洗滌至中性后倒掉上清液。

(6)將步驟(5)所得產(chǎn)物干燥得到摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層。

進一步地，步驟(1)中，堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或者為兩種溶液的混合溶液；溶液質(zhì)量分數(shù)為10％。

進一步地，步驟(1)中，烘干溫度為80-150℃。

進一步地，步驟(2)中，氮源為尿素、三聚氰胺、吡咯其中一種或它們的混合物，攪拌混合溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為300r/min。

進一步地，步驟(3)中低溫熱解溫度在400-550℃，步驟(4)中高溫熱解溫度在600-1000℃。

進一步地，步驟(3)、(4)中，惰性氣體為氮氣或氬氣；升溫速度為10℃/min，氣體流速為100-200mL/min。

進一步地，步驟(4)中，堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的一種或其中兩種以上的混合物。

進一步地，步驟(5)中，稀酸可以是質(zhì)量濃度為10-20％的鹽酸、硝酸、硫酸的一種或它們的混合物，攪拌轉(zhuǎn)速500r/min；離心時間每次5min,離心轉(zhuǎn)速為1000r/min。

進一步地，超薄碳層厚度在1-100nm，其BET比表面積為1000-2300m²/g，總孔容積為0.5-1.63cm³/g，平均孔徑為2-4nm，氮質(zhì)量含量為1-11wt％。

進一步地，該摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層用于超級電容器、二次電池和氣體吸附。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果：本發(fā)明從第四大能源生物質(zhì)出發(fā)，以廢棄的蝦殼為原料，以尿素、三聚氰胺、吡咯為氮源，在惰性氣體氣流保護下先低溫預(yù)炭化，然后以KOH為活化劑高溫熱解，在碳化過程中，蝦殼本身的高聚物熱解、KOH與碳源發(fā)生化學反應(yīng)也會產(chǎn)生小分子物質(zhì)，如CO₂、H₂、H₂O等，使材料內(nèi)部的壓強增大，強大的氣流使蝦殼天然的片層紋理結(jié)構(gòu)撐開，形成具有三維雙連續(xù)的、含豐富孔結(jié)構(gòu)的片層結(jié)構(gòu)。該制備方法不但工藝簡單，避免了以往制備模板和將前驅(qū)體向模板中浸潤的困難，且成本低廉、來源廣泛。該材料具有較高的比表面積、較高的氮摻雜量，且表現(xiàn)出非常優(yōu)異的電化學性能。本發(fā)明的一種摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層，同時存在大孔(大于50nm)、介孔(2-50nm)和微孔(小于2nm)，這種豐富的空隙結(jié)構(gòu)有利于提高獲得高的二次電池電化學性能與電容容量。

在本發(fā)明中，我們利用生物質(zhì)蝦殼發(fā)展了一種新型多孔碳結(jié)構(gòu)，一種摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層，包括發(fā)展制備方法與相關(guān)應(yīng)用。該方法工藝簡單，成本可控相對較低，利用氮原子摻雜三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層，優(yōu)化片層結(jié)構(gòu)，引入贗電容，提高材料的比容量，從而有效提高超級電容器的電容量，并在二次電池與氣體吸附等方面也有優(yōu)異的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施的工藝流程圖。

表1是實施例1中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的比表面積、孔體積孔和大小測試結(jié)果。

表2是實施例1中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的XPS分析結(jié)果。

圖2(a)是實施例1中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的XPS譜，(b)是氮譜。

圖3(a)是實施例1中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的低倍透射電鏡TEM圖像，圖3(b)是高倍TEM圖像。

圖4是應(yīng)用例1中不同掃描速率下的CV循環(huán)伏安曲線。

圖5是應(yīng)用例1中不同電流密度下的CC充放電曲線。

圖6是應(yīng)用例1中電流密度為0.5A/g時的CC充放電曲線。

圖7是應(yīng)用例2中不同掃描速率下的CV循環(huán)伏安曲線。

圖8是應(yīng)用例2中不同電流密度下的CC充放電曲線。

圖9是應(yīng)用例2中電流密度為0.5A/g時的CC充放電曲線。

圖10是應(yīng)用例4超級電容器電極材料在不同放電電流密度下的容量曲線。

圖11(a)是應(yīng)用例5當電流密度為0.1C時鋰硫二次電池的循環(huán)曲線，圖11(b)當電流密度為0.5C時鋰硫二次電池的循環(huán)曲線。

圖12是應(yīng)用例6中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的氮氣吸脫附曲線。

圖13是應(yīng)用例6中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的孔分布圖。

圖14是應(yīng)用例6中制備的新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層的t-Plot厚度曲線

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實施例1：

將新鮮蝦殼用去離子水超聲清洗3次后在質(zhì)量分數(shù)為10％的NaOH溶液中超聲浸漬1h，倒掉溶液后放入空氣干燥箱中80度干燥12h。取干燥蝦殼8g、40g尿素(蝦殼與尿素質(zhì)量比為1:5)置于燒杯中，加入100ml去離子水，磁力攪拌使尿素完全溶解，且50℃加熱直至水分完全蒸發(fā)。然后在研缽中研磨成粉末放入坩堝中，在氮氣(流速為100mL/min)的保護下，于管式爐中以10℃/min的速率升溫至400℃，并保持1h，進行預(yù)炭化得到前驅(qū)體。將低溫熱解后的物質(zhì)與氫氧化鉀按質(zhì)量比1:1的比例研磨混合均勻放于坩堝中,置于管式爐中在氮氣(流速為100mL/min)保護下以10℃/min的速率升溫至600℃，并保持1h，自然冷卻至室溫。然后將高溫熱解后的物質(zhì)用400ml的質(zhì)量分數(shù)15％稀鹽酸磁力攪拌2次，每次30min，去除其中的無機成分。然后用去離子水離心洗滌4次至中性。最后將所得產(chǎn)物放入真空干燥機中干燥48h后得到新型摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層。采用BET比表面積測試法對其進行測試，其BET比表面積達2300m²/g，總孔容積1.63cm³/g，平均孔徑為2.84nm(見表1)。XPS光電子譜圖分析其氮元素含量為11％(表2)。超薄碳層厚度約在10nm，孔呈三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)，孔隙有大孔、介孔和微孔(見圖3，表1)。

表1

表2

實施例2：

將新鮮蝦殼用去離子水超聲清洗3次后在質(zhì)量分數(shù)為10％的NaOH溶液中超聲浸漬1h，倒掉液后放入空氣干燥箱中80度干燥12h。取干燥蝦殼15g，0.15g三聚氰胺(蝦殼與三聚氰胺質(zhì)量比1:0.01),加入80ml去離子水，磁力攪拌使三聚氰胺完全溶解，且50℃加熱直至水分完全蒸發(fā)。然后在研缽中研磨成粉末放入坩堝中碾碎后放入坩堝中，在管式爐中在氬氣(流速為100mL/min)的保護下以10℃/min的速率升溫至450℃，并保持1h，進行預(yù)炭化得到進行預(yù)炭化得到前驅(qū)體。將低溫熱解后的物質(zhì)與氫氧化鈉按質(zhì)量比1:1的比例研磨混合均勻放于坩堝中,置于管式爐中在氬氣(流速為100mL/min)保護下以10℃/min的速率升溫至750℃，并保持1h，自然冷卻至室溫。然后將高溫熱解后的物質(zhì)用400ml的質(zhì)量分數(shù)15％稀硝酸磁力攪拌2次，每次30min，去除其中的無機成分。然后用去離子水離心洗滌4次至中性。最后將所得產(chǎn)物放入真空干燥機中干燥48h。上述所制材料BET比表面積為1060.23m²/g，總孔容積0.51cm³/g,平均孔徑為2.5nm，XPS光電子譜圖分析測試氮元素含量為1.25％，SEM、TEM圖像顯示三維孔分布結(jié)構(gòu)。

實施例3：

將新鮮蝦殼用去離子水超聲清洗3次后在質(zhì)量分數(shù)為10％的KOH溶液中超聲浸漬2h，倒掉溶液后放入空氣干燥箱中80度干燥12h。取干燥蝦殼、吡咯質(zhì)量比為1:5，置于燒杯中，加入100ml去離子水，磁力攪拌使吡咯完全溶解，且50℃加熱直至水分完全蒸發(fā)。然后在研缽中研磨成粉末放入坩堝中，在氮氣(流速為200mL/min)的保護下，于管式爐中以10℃/min的速率升溫至500℃，并保持1h，進行預(yù)炭化得到前驅(qū)體。將低溫熱解后的物質(zhì)與碳酸鉀按質(zhì)量比1:3的比例研磨混合均勻放于坩堝中,置于管式爐中在氮氣(流速為200mL/min)保護下以10℃/min的速率升溫至850℃，并保持1h，自然冷卻至室溫。然后將高溫熱解后的物質(zhì)用過量的質(zhì)量分數(shù)15％稀硫酸磁力攪拌2次，每次30min，并用去離子水離心洗滌4次至中性，最后將所得產(chǎn)物放入真空干燥機中干燥48h。其BET比表面積達1800m²/g，總孔容積1.45cm³/g，平均孔徑為2.5nm，XPS光電子譜圖分析其氮元素含量為10％。

實施例4：

將新鮮蝦殼用去離子水超聲清洗3次后在質(zhì)量分數(shù)為10％的NaOH溶液中超聲浸漬1h，放入空氣干燥箱中80度干燥12h。取干燥蝦殼、尿素質(zhì)量比例為1:2，置于燒杯中，加入100ml去離子水，磁力攪拌使尿素完全溶解，且50℃加熱直至水分完全蒸發(fā)。然后在研缽中研磨成粉末放入坩堝中，在氮氣(流速為100mL/min)的保護下，于管式爐中以10℃/min的速率升溫至550℃，并保持1h。將低溫熱解后的物質(zhì)與碳酸鈉按質(zhì)量比1:1的比例研磨混合均勻放于坩堝中,置于管式爐中在氮氣(流速為100mL/min)保護下以10℃/min的速率升溫至950℃，并保持1h，自然冷卻至室溫。然后將高溫熱解后的物質(zhì)用過量的質(zhì)量分數(shù)10％稀鹽酸磁力攪拌2次，每次30min，并用去離子水離心洗滌4次至中性，最后將所得產(chǎn)物放入真空干燥機中干燥48h。其BET比表面積達2050m²/g，總孔容積1.61cm³/g，平均孔徑為2.6nm，XPS光電子譜圖分析其氮元素含量為12％。

實施例5：

將新鮮蝦殼用去離子水超聲清洗3次后在質(zhì)量分數(shù)為10％的KOH溶液中超聲浸漬2h，放入空氣干燥箱中80度干燥12h。取干燥蝦殼、尿素質(zhì)量比例為1:5，置于燒杯中，加入100ml去離子水，磁力攪拌使尿素完全溶解，且50℃加熱直至水分完全蒸發(fā)。然后在研缽中研磨成粉末放入坩堝中，在氮氣(流速為200mL/min)的保護下，于管式爐中以10℃/min的速率升溫至450℃，并保持1h。將低溫熱解后的物質(zhì)與活化劑KOH按質(zhì)量比1:2的比例研磨混合均勻放于坩堝中,置于管式爐中在氮氣(流速為200mL/min)保護下以10℃/min的速率升溫至1000℃，并保持1h，自然冷卻至室溫。然后將高溫熱解后的物質(zhì)用過量的質(zhì)量分數(shù)20％稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸混合物，磁力攪拌2次，每次30min，并用去離子水離心洗滌4次至中性，最后將所得產(chǎn)物放入真空干燥機中干燥48h。其BET比表面積達1960m²/g，總孔容積1.95cm³/g，平均孔徑為3.2nm，XPS光電子譜圖分析其氮元素含量為10.4％

應(yīng)用實例1

將實施例1中得到的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層在電解液為0.5mol·L-1H₂SO₄的三電極體系中進行電化學測試，其中參比電極為Ag/AgCl，輔助電極為鉑絲電極。將該材料配制成10mg/mL的溶液，其中去離子水與異丙醇比例1:4，粘結(jié)劑nafion質(zhì)量占活性材料的5％，將溶液滴涂在玻璃碳上，干燥后作為工作電極。在電壓0-1.1V范圍下進行CV循環(huán)伏安測試，CV曲線表現(xiàn)出了矩形形狀，即使掃面速率增加到500mv·s^-1，曲線依舊呈現(xiàn)矩形形狀，當掃速為2mv·s^-1、5mv·s^-1、10mv·s^-1、20mv·s^-1、50mv·s^-1、100mv·s^-1和200mv·s^-1時，在0～1.1v電壓范圍內(nèi)測得比容量分別為464.08F·g^-1、372.29F·g^-1、326.31F·g^-1、298.66F·g^-1、259.23F·g^-1、234.36F·g^-1、211.87F·g^-1，當增加到500mv·s^-1時，比容量仍保持在188.22F·g^-1。在進行CC充放電測試時，當電流密度為0.5A·g^-1、1A·g^-1、2A·g^-1、5A·g^-1、10A·g^-1、20A·g^-1時，比容量分別為498.63F·g^-1、370.91F·g^-1、310F·g^-1、255.9F·g^-1、233.63F·g^-1、203.63F·g^-1，當電流密度增加到40A/g時，比容量仍然保持在181.81F·g^-1，表明材料具有很好的電容行為和倍率具有良好的倍率性能(見圖4、圖5、圖6)。

應(yīng)用實例2

將實施例1中得到的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層在電解液為2mol·L^-1Li₂SO₄的三電極體系進行電化學測試，其中參比電極為Ag/AgCl，輔助電極為鉑絲電極。將該材料配制成10mg/mL的溶液，其中去離子水與異丙醇比例1:4，粘結(jié)劑PVDF(polyvinylidene fluoride)質(zhì)量占活性材料的5％，將溶液滴涂在玻璃碳上，干燥后作為工作電極。在電壓-1.6～1.2V范圍下進行CV循環(huán)伏安測試當掃速為2mv·s^-1、5mv·s^-1、10mv·s^-1、20mv·s^-1、50mv·s^-1、100mv·s^-1時，電容分別為496.14F·g^-1、357.48F·g^-1、288.41F·g^-1、239.72F·g^-1、195.73F·g^-1、166.29F·g^-1，當掃速增加到200mv/s時，比容量仍保持在141.99F·g^-1。在進行CC充放電測試時，當電流密度為0.5A·g^-1、1A·g^-1、2A·g^-1、5A·g^-1、10A·g^-1、20A·g^-1時，比容量分別為339F·g^-1、208F·g^-1、160.4F·g^-1、117.4F·g^-1、89.6F·g^-1、38.55F·g^-1。其電壓窗口拓寬到2.8V，且仍保持較高的比容量。(見圖7、圖8、圖9)。

應(yīng)用實例3

將實施例1中得到的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層應(yīng)用于超級電容器電極，將該材料配制成10mg/mL的溶液，其中去離子水與異丙醇比例1:4，粘結(jié)劑nafion比例為5％，將溶液滴涂在石墨碳紙上作為電極片，將兩個質(zhì)量相同的電極片作為陰極和陽極，電解液為0.5mol·L^-1H₂SO₄，隔膜為celgard3501,組裝成扣式電容器。當電流密度在0.5A/g,比容量達到417.5F·g^-1。當電流密度增加到40A·g^-1，仍然保持在224F·g^-1，經(jīng)過5000次循環(huán)以后，當電流密度在0.5A·g^-1時，比容量仍然維持在376F·g^-1(90％的容量保持率)。(見圖10)

應(yīng)用實例4

將實施例1中得到的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層應(yīng)用于鋰硫二次電池，粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)和丁苯橡膠(SBR)，CMC-Na：SBR：摻氮三維多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層：單質(zhì)硫：Super-P的質(zhì)量比為5:5:24:56:10，研磨漿料進行涂片，80℃真空干燥12h后進行壓片作為正極材料，金屬鋰作為負極，電解液選用添加2wt％LiNO₃的1M1,3-二氧戊環(huán)(DOL)/乙二醇二甲醚(DME)基二(三氟甲基磺酸)亞胺鋰(LiTFSI)的混合溶液(DEM，DOL體積比為1:1)，隔膜選用Celgard2400，在手套箱中氬氣保護下組裝電池。在充放電電流密度為0.1C時，首次放電比容量約為1160mAh/g，經(jīng)過100次循環(huán)后，放電比容量仍維持在約565mAh/g；當充放電電流密度為0.5C時，首次放電比容量為約1050mAh/g，經(jīng)過100次循環(huán)后，放電比容量仍維持在約438mAh/g(見圖11)。

應(yīng)用實例5

將實施例1中得到的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層應(yīng)用于氣體的吸附，采用氣體吸附法進行測試，測試儀器為美國micromeritics公司的ASAP2020物理吸附儀，在液氮溫度(-195℃)下，相對壓力為0.01～1的范圍對氮氣進行吸附脫附實驗，獲得吸脫附等溫線比表面積可通過BET法計算可得，測得的結(jié)果為2300m²/g，從氮氣吸附脫附曲線可看出曲線類型為I型，說明該材料屬于微孔型。而氮氣分子屬于小分子氣體，因而說明材料對于小分子氣體有較強的吸附作用，可用于氣體的吸附、分離與純化等方面。(見圖12、圖13、圖14)

本發(fā)明制備的摻氮三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)超薄炭層超級電容器在電化學測試中，用0.5mol·L^-1的HCl溶液為電解質(zhì)溶液，采用三電極體系進行電化學性能的測試，其中參比電極為Ag/AgCl,輔助電極為鉑絲電極，工作電極為材料電極。在循環(huán)伏安測試中，CV曲線表現(xiàn)出了矩形形狀，即使掃面速率增加到500mv·s^-1，曲線依舊呈現(xiàn)矩形形狀，當掃速為2mv·s^-1、10mv·s^-1、50mv·s^-1和200mv·s^-1時，在0-1.1v電壓范圍內(nèi)測得比容量分別為464.08F·g^-1、326.31F·g^-1、259.23F·g^-1、211.87F·g^-1，當增加到500mv·s^-1時，電容仍保持在188.22F·g^-1。在充放電測試中，當電流密度為0.5A·g^-1、1A·g^-1、5A·g^-1時，比容量分別為498.63F·g^-1、370.91F·g^-1、255.9F·g^-1，當電流密度增加到20A·g^-1時，比容量仍然保持在203.63F·g^-1，表明材料具有很好的電容行為和倍率具有良好的倍率性能。

本發(fā)明制備的摻氮三維雙連續(xù)多孔超薄炭層為電極組裝成紐扣式超級電容器，并進行電化學性能測試。當電流密度在0.5A·g^-1，比容量達到417.5F·g^-1。當電流密度增加到40A·g^-1，仍然保持在224F·g^-1，經(jīng)過5000次循環(huán)以后，當電流密度在0.5A·g^-1時，比容量仍然維持在376F·g^-1(90％的容量保持率)。表明材料具有良好的電容特性和穩(wěn)定性。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。