题目：纳米孔碳材料的制备及在超级电容器中的应用

本文采用多种方法制备功能性多孔碳材料，分析了多孔碳材料的结构、形貌和电化学性能的内在联系。采用金属有机复合物（MOF）作为模板，合成了棒状的多孔碳材料，并对其进行KOH活化。考察了不同活化比例对碳材料储能性能的影响。研究表明，这种碳材料经过KOH活化，能够明显提高其电化学电容性能，当KOH质量比碳材料质量为2:1的时候，碳材料展现出了最高的电化学性能。在6 M的KOH水体系电解液中，扫描速率为10 mV s-1和50 mV s-1时，其电容值分别为365 F g-1和289 F g-1，并且保持良好的稳定性。通过组装成双电层电容器，从器件角度进一步研究其性能。用6 M KOH作电解液组装成纽扣电池，其电压窗口能够达到1.2 V，并且能够保持良好的充放电性能。充放电电流为0.1 A g-1时，其电容值可以达到290 F g-1，即使电流增加到1 A g-1的时候，电容值依然能够保持在95 F g-1，其能量密度和功率密度分别为9.1 W kg-1和138.0 Wh g-1，具有实现大电流充放电的可能性，是良好的储能材料。采用天然果壳作为原料，通过高温碳化及活化，制备高性能、高比表面积、孔径均一和高微孔率的多孔碳材料。这种新颖多孔碳材料（AC-SPN-3）通过将天然果壳直接碳化，进一步用KOH活化得到，活化之后的碳材料其储能性能得到显著提高。通过KOH活化后得到的碳材料（AC-SPN-3）的比表面积约1069 m2 g-1，微孔率为83%，这是目前为止采取资源回收的方法制备的多孔碳材料微孔率最高的。AC-SPN-3具有丰富的微米级别的天然植物的特性。碳化之后，能够保留开心果壳原先的天然结构，具有弯曲的片状形态，每片的厚度约为0.2 μm。AC-SPN-3碳材料具有由高度互连的均一的孔径分布，大部分孔径在0.76 nm，这可以最大限度地提高电极表面面积可电解质的离子的传输（如Et4N+，直径=?0.68 nm，能够有效地提高电容性能）。电化学分析表明，AC-SPN-3在水体系（6 M KOH）和有机体系（1 M Et4NBF4的EC-DEC（1:1））最大电容值分别为312 F g-1和261 F g-1， 电解液中单位面积的电容值分别为具有29.3 μF cm-2和20.1 μF cm-2，而未经活化的开心果壳直接碳化的材料（C-SPN）在水体中的电容值只有136 F g-1，活化比未活化性能提高了223%。组装成器件之后进行充放电测试表明，不同体系中AC-SPN-3具有良好的充放电性性能，在功率密度为 10/39 Wh kg-1的时候，其能量密度可以达到52/286 kW kg-1。在这种碳材料的应用，达到了资源的回收利用的目的，把一些废弃的物品通过转化，真正实现了变废为宝的效果。