N,P共掺杂香蒲基炭气凝胶的制备、表征及其电化学性能

以香蒲花序为原料,NH4H2PO4为掺杂剂,经酸性NaClO2预处理、超声波细胞破碎处理、冷冻干燥、高温炭化制备N、P共掺杂香蒲基炭气凝胶(NPCA).采用SEM、N2吸附/脱附、XRD、XPS对NPCA的形貌、孔隙结构、晶相结构、表面化学组成进行表征,系统研究了掺杂量和炭化温度对NPCA电化学性能的影响.研究结果表明:NPCA是由无定形炭组成的三维网状立体结构;NPCA表面氮元素以吡啶氮(N-6)、吡咯氮(N-5)、石墨化氮(N-Q)和氧化氮(N-X)的形式存在,磷元素以P—O和P—C的形式存在.NH4H2PO4的掺杂量和炭化温度影响NPCA的孔隙结构及表面化学结构.NPAC的较佳制备条件为:香蒲纤维素与NH4 H2 PO4的质量比为1:2,炭化温度800℃.此条件下制备的NPAC-2-800具有丰富的孔隙结构和表面官能团,比表面积为599.88 m2/g,总孔容积为0.27 cm3/g,微孔容积为0.20 cm3/g,平均孔径为3.69 nm,并且NPCA的N、P质量分数分别为5.69％和5.12％.电化学性能测试结果表明:在6 mol/L KOH溶液、三电极体系中,在1 A/g的电流密度下NPCA-2-800的比电容为249 F/g,比未掺杂NH4 H2 PO4样品的比电容(106.7 F/g)增加了133.4％,并且具有较好的倍率性能.