注册 English

静电纺丝法制备交联多孔纳米碳纤维膜及其电化学电容性能

卢建建 ,  应宗荣 ,  刘信东 ,  赵双生

downloadPDF
引用本文: 卢建建, 应宗荣, 刘信东, 赵双生. 静电纺丝法制备交联多孔纳米碳纤维膜及其电化学电容性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(11): 2099-2108. doi: 10.3866/PKU.WHXB201510081 shu
Citation:  LU Jian-Jian, YING Zong-Rong, LIU Xin-Dong, ZHAO Shuang-Sheng. Preparation of Cross-Linked Porous Carbon Nanofiber Networks by Electrospinning Method and Their Electrochemical Capacitive Behaviors[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(11): 2099-2108. doi: 10.3866/PKU.WHXB201510081 shu

静电纺丝法制备交联多孔纳米碳纤维膜及其电化学电容性能

  • 1.

    南京理工大学化工学院, 南京 210094

    • 通讯作者: 应宗荣
摘要: 以聚丙烯腈(PAN)和三聚氰胺为原料, 通过静电纺丝法制备了三聚氰胺改性聚丙烯腈纳米纤维前驱体,经预氧化、碳化后得到交联的多孔纳米碳纤维. 采用红外光谱(FTIR)仪、热重分析(TGA)仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱仪和比表面积分析仪等对前驱体及纤维进行了表征. 结果表明, 经过三聚氰胺改性的聚丙烯腈纳米纤维前驱体在碳化后有效地交联, 形成含有微孔、介孔和大孔多级的合理孔道结构, 氮掺杂量高达14.3%, 纤维直径大幅缩减, 平均直径仅约89 nm. 电化学测试结果表明, 交联多孔纳米碳纤维电极在0.05 A·g-1电流密度下未经活化时的质量比电容值高达194 F·g-1(0.05 A·g-1), 在2 A·g-1的电流密度下经过1000次循环充放电后的比电容仍然保持99.2%, 表现出优异的电化学特性.

English

    1. [1]

      (1) Li, Z. H.; Li, S. J.; Zhou, J.; Zhu, T. T.; Shen, H. L.; Zhuo, S. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 676. [李朝辉, 李仕蛟, 周晋, 朱婷婷, 沈红龙, 禚淑萍. 物理化学学报, 2015, 31(4), 676.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201501281(1) Li, Z. H.; Li, S. J.; Zhou, J.; Zhu, T. T.; Shen, H. L.; Zhuo, S. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 676. [李朝辉, 李仕蛟, 周晋, 朱婷婷, 沈红龙, 禚淑萍. 物理化学学报, 2015, 31(4), 676.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201501281

    2. [2]

      (2) Li, L.; He, Y. Q.; Chu, X. F.; Li, Y. M.; Sun, F. F.; Huang, H. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (8), 1681. [李乐, 贺蕴秋, 储晓菲, 李一鸣, 孙芳芳, 黄河周. 物理化学学报, 2013, 29 (8), 1681.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305223(2) Li, L.; He, Y. Q.; Chu, X. F.; Li, Y. M.; Sun, F. F.; Huang, H. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (8), 1681. [李乐, 贺蕴秋, 储晓菲, 李一鸣, 孙芳芳, 黄河周. 物理化学学报, 2013, 29 (8), 1681.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201305223

    3. [3]

      (3) Xu, G. Y.; Ding, B.; Nie, P.; Luo, H. J.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (3), 546. [徐桂银, 丁兵, 聂平, 骆宏钧, 张校刚. 物理化学学报, 2013, 29 (3), 546.] doi: 10.3866/PKU. WHXB201301081(3) Xu, G. Y.; Ding, B.; Nie, P.; Luo, H. J.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (3), 546. [徐桂银, 丁兵, 聂平, 骆宏钧, 张校刚. 物理化学学报, 2013, 29 (3), 546.] doi: 10.3866/PKU. WHXB201301081

    4. [4]

      (4) Chen, C. J.; Hu, Z. A.; Hu, Y. Y.; Li, L.; Yang, Y. Y.; An, N.; Li, Z. M.; Wu, H. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (12), 2256. [陈婵娟, 胡中爱, 胡英瑛, 李丽, 杨玉英, 安宁, 李志敏, 吴红英. 物理化学学报, 2014, 30 (12), 2256.] doi: 10.3866/PKU. WHXB201409302(4) Chen, C. J.; Hu, Z. A.; Hu, Y. Y.; Li, L.; Yang, Y. Y.; An, N.; Li, Z. M.; Wu, H. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (12), 2256. [陈婵娟, 胡中爱, 胡英瑛, 李丽, 杨玉英, 安宁, 李志敏, 吴红英. 物理化学学报, 2014, 30 (12), 2256.] doi: 10.3866/PKU. WHXB201409302

    5. [5]

      (5) Guo, P. Z.; Ji, Q. Q.; Zhang, L. L.; Zhao, S. Y.; Zhao, X. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (12), 2836. [郭培志, 季倩倩, 张丽莉, 赵善玉, 赵修松. 物理化学学报, 2011, 27 (12), 2836.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112836(5) Guo, P. Z.; Ji, Q. Q.; Zhang, L. L.; Zhao, S. Y.; Zhao, X. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (12), 2836. [郭培志, 季倩倩, 张丽莉, 赵善玉, 赵修松. 物理化学学报, 2011, 27 (12), 2836.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112836

    6. [6]

      (6) Ma, G. F.; Mu, J. J.; Zhang, Z. G.; Sun, K. J.; Peng, H.; Lei, Z. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (11), 2385. [马国富, 牟晶晶, 张稚国, 孙看军, 彭辉, 雷自强. 物理化学学报, 2013, 29 (11), 2385.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201309051(6) Ma, G. F.; Mu, J. J.; Zhang, Z. G.; Sun, K. J.; Peng, H.; Lei, Z. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (11), 2385. [马国富, 牟晶晶, 张稚国, 孙看军, 彭辉, 雷自强. 物理化学学报, 2013, 29 (11), 2385.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201309051

    7. [7]

      (7) Wang, J. D.; Peng, T. J.; Sun, H. J.; Hou, Y. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (11), 2077. [汪建德, 彭同江, 孙红娟, 侯云丹. 物理化学学报, 2014, 30 (11), 2077.] doi: 10.3866/PKU.WHXB 201409152(7) Wang, J. D.; Peng, T. J.; Sun, H. J.; Hou, Y. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (11), 2077. [汪建德, 彭同江, 孙红娟, 侯云丹. 物理化学学报, 2014, 30 (11), 2077.] doi: 10.3866/PKU.WHXB 201409152

    8. [8]

      (8) Peng, X.; Li, D. Q.; Peng, J.; Peng, L. L.; Wu, C. Z.; Xie, Y. Bull Sci. Technol. 2013, 58 (28-29), 2886. [彭旭, 李典奇, 彭晶, 彭乐乐, 吴长征, 谢毅. 科学通报, 2013, 58 (28-29), 2886.](8) Peng, X.; Li, D. Q.; Peng, J.; Peng, L. L.; Wu, C. Z.; Xie, Y. Bull Sci. Technol. 2013, 58 (28-29), 2886. [彭旭, 李典奇, 彭晶, 彭乐乐, 吴长征, 谢毅. 科学通报, 2013, 58 (28-29), 2886.]

    9. [9]

      (9) Lai, C.; Zhou, Z.; Zhang, L.; Wang, X.; Zhou, Q.; Zhao, Y.; Wang, Y.; Wu, X. F.; Zhu, Z.; Fong, H. J. Power Sources 2014, 247, 134. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.082(9) Lai, C.; Zhou, Z.; Zhang, L.; Wang, X.; Zhou, Q.; Zhao, Y.; Wang, Y.; Wu, X. F.; Zhu, Z.; Fong, H. J. Power Sources 2014, 247, 134. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.082

    10. [10]

      (10) Yang, S.; Xu, G. Y.; Han, J. P.; Bing, H.; Dou, H.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 685. [杨硕, 徐桂银, 韩金鹏, 邴欢, 窦辉, 张校刚. 物理化学学报, 2015, 31 (4), 685.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201502022(10) Yang, S.; Xu, G. Y.; Han, J. P.; Bing, H.; Dou, H.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 685. [杨硕, 徐桂银, 韩金鹏, 邴欢, 窦辉, 张校刚. 物理化学学报, 2015, 31 (4), 685.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201502022

    11. [11]

      (11) Zhao, L.; Wu, Q.; Han, R.; Wu, J.; Yao, W. Materials Review 2013, 27 (11), 54(11) Zhao, L.; Wu, Q.; Han, R.; Wu, J.; Yao, W. Materials Review 2013, 27 (11), 54

    12. [12]

      (12) Su, D. S.; Chen, X.; Weinberg, G.; Klein-Hofmann, A.; Timpe, O.; Hamid, S. B. A.; Schlö gl, R. Angew. Chem. Int. Edit. 2005, 44 (34), 5488.(12) Su, D. S.; Chen, X.; Weinberg, G.; Klein-Hofmann, A.; Timpe, O.; Hamid, S. B. A.; Schlö gl, R. Angew. Chem. Int. Edit. 2005, 44 (34), 5488.

    13. [13]

      (13) Sharma, S.; Pollet, B. G. J. Power Sources 2012, 208, 96. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.02.011(13) Sharma, S.; Pollet, B. G. J. Power Sources 2012, 208, 96. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.02.011

    14. [14]

      (14) Wu, C.; Yao, X.; Zhang, H. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35 (1), 247. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.079(14) Wu, C.; Yao, X.; Zhang, H. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35 (1), 247. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.079

    15. [15]

      (15) Chinthaginjala, J.; Seshan, K.; Lefferts, L. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46 (12), 3968. doi: 10.1021/ie061394r(15) Chinthaginjala, J.; Seshan, K.; Lefferts, L. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46 (12), 3968. doi: 10.1021/ie061394r

    16. [16]

      (16) Huang, Z. M.; Zhang, Y. Z.; Kotaki, M.; Ramakrishna, S. Compos. Sci. Technol. 2003, 63 (15), 2223. doi: 10.1016/S0266-3538(03)00178-7(16) Huang, Z. M.; Zhang, Y. Z.; Kotaki, M.; Ramakrishna, S. Compos. Sci. Technol. 2003, 63 (15), 2223. doi: 10.1016/S0266-3538(03)00178-7

    17. [17]

      (17) Jung, M. J.; Jeong, E.; Kim, Y.; Lee, Y. S. J. Ind. Eng. Chem. 2013, 19 (4), 1315 doi: 10.1016/j.jiec.2012.12.034(17) Jung, M. J.; Jeong, E.; Kim, Y.; Lee, Y. S. J. Ind. Eng. Chem. 2013, 19 (4), 1315 doi: 10.1016/j.jiec.2012.12.034

    18. [18]

      (18) Kim, B. H.; Yang, K. S. J. Electroanal. Chem. 2014, 714, 92.(18) Kim, B. H.; Yang, K. S. J. Electroanal. Chem. 2014, 714, 92.

    19. [19]

      (19) Park, G. S.; Lee, J. S.; Kim, S. T.; Park, S.; Cho, J. J. Power Sources 2013, 243, 267. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.06.025(19) Park, G. S.; Lee, J. S.; Kim, S. T.; Park, S.; Cho, J. J. Power Sources 2013, 243, 267. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.06.025

    20. [20]

      (20) Hang, Z. S.; Tan, L. H.; Cao, X. M.; Ju, F. Y.; Ying, S. J.; Xu, F. M. Mater. Lett. 2011, 65 (7), 1079. doi: 10.1016/j.matlet. 2011.01.010(20) Hang, Z. S.; Tan, L. H.; Cao, X. M.; Ju, F. Y.; Ying, S. J.; Xu, F. M. Mater. Lett. 2011, 65 (7), 1079. doi: 10.1016/j.matlet. 2011.01.010

    21. [21]

      (21) Kim, B. H.; Yang, K. S. J. Ind. Eng. Chem. 2014, 20 (5), 3474. doi: 10.1016/j.jiec.2013.12.037(21) Kim, B. H.; Yang, K. S. J. Ind. Eng. Chem. 2014, 20 (5), 3474. doi: 10.1016/j.jiec.2013.12.037

    22. [22]

      (22) Hang, Z. S.; Tan, L. H.; Ju, F. Y.; Zhou, B.; Ying, S. J. J. Anal. Sci. 2011, 27 (3), 279. [杭祖圣, 谈玲华, 居法银, 周斌, 应三九. 分析科学学报, 2011, 27 (3), 279.](22) Hang, Z. S.; Tan, L. H.; Ju, F. Y.; Zhou, B.; Ying, S. J. J. Anal. Sci. 2011, 27 (3), 279. [杭祖圣, 谈玲华, 居法银, 周斌, 应三九. 分析科学学报, 2011, 27 (3), 279.]

    23. [23]

      (23) Yuan, B.; Zheng, X. Y.; Zhang, C.; Lu, W.; Li, B. H.; Yang, Q. H. New Carbon Materials 2014, 29 (6), 426. doi: 10.1016/S1872-5805(14)60147-5(23) Yuan, B.; Zheng, X. Y.; Zhang, C.; Lu, W.; Li, B. H.; Yang, Q. H. New Carbon Materials 2014, 29 (6), 426. doi: 10.1016/S1872-5805(14)60147-5

    24. [24]

      (24) Wu, H.; Hu, L.; Rowell, M. W.; Kong, D.; Cha, J. J.; McDonough, J. R.; Zhu, J.; Yang, Y.; McGehee, M. D.; Cui, Y. Nano Lett. 2010, 10 (10), 4242. doi: 10.1021/nl102725k(24) Wu, H.; Hu, L.; Rowell, M. W.; Kong, D.; Cha, J. J.; McDonough, J. R.; Zhu, J.; Yang, Y.; McGehee, M. D.; Cui, Y. Nano Lett. 2010, 10 (10), 4242. doi: 10.1021/nl102725k

    25. [25]

      (25) Qiu, Y. J.; Yu, J.; Shi, T. G.; Zhou, X. S.; Bai, X. D.; Huang, J. Y. J. Power Sources 2011, 196, 9862. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.08.013(25) Qiu, Y. J.; Yu, J.; Shi, T. G.; Zhou, X. S.; Bai, X. D.; Huang, J. Y. J. Power Sources 2011, 196, 9862. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.08.013

    26. [26]

      (26) Sun, L.; Tian, C. G.; Fu, Y.; Yang, Y.; Yin, J.; Wang, L.; Fu, H. G. Chem. Eur. J. 2014, 20, 564. doi: 10.1002/chem.v20.2(26) Sun, L.; Tian, C. G.; Fu, Y.; Yang, Y.; Yin, J.; Wang, L.; Fu, H. G. Chem. Eur. J. 2014, 20, 564. doi: 10.1002/chem.v20.2

    27. [27]

      (27) Nan, D.; Huang, Z. H.; Lv, R. T.; Yang, L.; Wang, J. G.; Shen, W. C.; Lin, Y. X.; Yu, X. L.; Ye, L.; Sun, H. Y.; Kang, F. Y. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19678. doi: 10.1039/C4TA03868A(27) Nan, D.; Huang, Z. H.; Lv, R. T.; Yang, L.; Wang, J. G.; Shen, W. C.; Lin, Y. X.; Yu, X. L.; Ye, L.; Sun, H. Y.; Kang, F. Y. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19678. doi: 10.1039/C4TA03868A

    28. [28]

      (28) Li, M.; Xue, J. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (5), 2507. doi: 10.1021/jp410198r(28) Li, M.; Xue, J. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (5), 2507. doi: 10.1021/jp410198r

    29. [29]

      (29) Muhammad, T.; Chuan, B. C.; Nasir, M.; Faheem, K. B.; Asif, M.; Faryal, I.; Sajad, H.; M, T.; Zulfiqar, A.; Imran, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 1258.(29) Muhammad, T.; Chuan, B. C.; Nasir, M.; Faheem, K. B.; Asif, M.; Faryal, I.; Sajad, H.; M, T.; Zulfiqar, A.; Imran, A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 1258.

    30. [30]

      (30) Ya, M.; Hui, D.; Bin, X.; Lin, Z.; Yong, S. H.; Chang, C. X. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (7), 7950.(30) Ya, M.; Hui, D.; Bin, X.; Lin, Z.; Yong, S. H.; Chang, C. X. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (7), 7950.

    31. [31]

      (31) Chuan, G. H.; Qing, H.; Fei, Z.; Zi, Y. Y.; Nan, C.; Liang, T. Q. Nanoscale 2013, 5, 2726. doi: 10.1039/c3nr34002c(31) Chuan, G. H.; Qing, H.; Fei, Z.; Zi, Y. Y.; Nan, C.; Liang, T. Q. Nanoscale 2013, 5, 2726. doi: 10.1039/c3nr34002c

    32. [32]

      (32) An, G. H.; Ahn, H. J. Carbon 2013, 65, 87. doi: 10.1016/j.carbon.2013.08.002(32) An, G. H.; Ahn, H. J. Carbon 2013, 65, 87. doi: 10.1016/j.carbon.2013.08.002

    33. [33]

      (33) Wang, Y.; Serrano, S.; Santiago-Aviles, J. J. Synthetic Metals 2003, 138 (3), 423. doi: 10.1016/S0379-6779(02)00472-1(33) Wang, Y.; Serrano, S.; Santiago-Aviles, J. J. Synthetic Metals 2003, 138 (3), 423. doi: 10.1016/S0379-6779(02)00472-1

    34. [34]

      (34) Lu, J. W.; Ren, X. Z.; Chen, Y. Z.; Dong, M.; Zhang, Z. P.; Yu, J.; Guo, C. Y. Chem. J. Chin. Univ. 2008, 29 (9), 1870. [陆建巍, 任祥忠, 陈艺章, 董穆, 张展鹏, 于建, 郭朝霞. 高等学校化学学报, 2008, 29 (9), 1870.](34) Lu, J. W.; Ren, X. Z.; Chen, Y. Z.; Dong, M.; Zhang, Z. P.; Yu, J.; Guo, C. Y. Chem. J. Chin. Univ. 2008, 29 (9), 1870. [陆建巍, 任祥忠, 陈艺章, 董穆, 张展鹏, 于建, 郭朝霞. 高等学校化学学报, 2008, 29 (9), 1870.]

    35. [35]

      (35) Yang, X.; Wu, D.; Chen, X.; Fu, R. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (18), 8581. doi: 10.1021/jp101255d(35) Yang, X.; Wu, D.; Chen, X.; Fu, R. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (18), 8581. doi: 10.1021/jp101255d

    36. [36]

      (36) Su, F.; Poh, C. K.; Chen, J. S.; Xu, G.; Wang, D.; Li, Q.; Lin, J.; Lou, X. W. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (3), 717. doi: 10.1039/C0EE00277A(36) Su, F.; Poh, C. K.; Chen, J. S.; Xu, G.; Wang, D.; Li, Q.; Lin, J.; Lou, X. W. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (3), 717. doi: 10.1039/C0EE00277A

    37. [37]

      (37) Wen, Z.; Wang, X.; Mao, S.; Bo, Z.; Kim, H.; Cui, S.; Lu, G.; Feng, X.; Chen, J. Adv. Mater. 2012, 24 (41), 5610. doi: 10.1002/adma.201201920(37) Wen, Z.; Wang, X.; Mao, S.; Bo, Z.; Kim, H.; Cui, S.; Lu, G.; Feng, X.; Chen, J. Adv. Mater. 2012, 24 (41), 5610. doi: 10.1002/adma.201201920

    38. [38]

      (38) Xiao, N.; Lau, D.; Shi, W.; Zhu, J.; Dong, X.; Hng, H. H.; Yan, Q. Carbon 2013, 57, 184. doi: 10.1016/j.carbon.2013.01.062(38) Xiao, N.; Lau, D.; Shi, W.; Zhu, J.; Dong, X.; Hng, H. H.; Yan, Q. Carbon 2013, 57, 184. doi: 10.1016/j.carbon.2013.01.062

    39. [39]

      (39) Hassan, F. M.; Chabot, V.; Li, J.; Kim, B. K.; Ricardez-Sandoval, L.; Yu, A. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (8), 2904. doi: 10.1039/c2ta01064j(39) Hassan, F. M.; Chabot, V.; Li, J.; Kim, B. K.; Ricardez-Sandoval, L.; Yu, A. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (8), 2904. doi: 10.1039/c2ta01064j

    40. [40]

      (40) Li, Z. P.; Zhao, J. G.; Wen, Y. Q.; Li, J.; Xing, B. Y.; Guo, Y. Chem. Ind. Eng. Prog. 2012, 31 (8), 1631. [李作鹏, 赵建国, 温雅琼, 李江, 邢宝岩, 郭永. 化工进展, 2012, 31 (8), 1631.](40) Li, Z. P.; Zhao, J. G.; Wen, Y. Q.; Li, J.; Xing, B. Y.; Guo, Y. Chem. Ind. Eng. Prog. 2012, 31 (8), 1631. [李作鹏, 赵建国, 温雅琼, 李江, 邢宝岩, 郭永. 化工进展, 2012, 31 (8), 1631.]

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  29
  • 文章访问数:  535
  • HTML全文浏览量:  6
文章相关
  • 收稿日期:  2015-05-19
  • 网络出版日期:  2015-10-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net