ZIF-8复合材料基氮掺杂多孔碳的制备及其电化学性能研究

Key Words:ZIF-8;;聚乙烯吡咯烷酮;;电催化氧还原;;电容

Abstract:ZIF-8具有丰富的氮原子、较高的比表面积、优异的化学稳定性和热稳定性等优点,被用作制备氮掺杂多孔碳材料的模板或前驱体~([1-6])。我们采用聚乙烯吡咯烷酮调控ZIF-8的生长,制备了ZIF-8@PVP的复合物,将该复合物在不同温度下(800、900和1000℃)碳化得到氮掺杂的多孔碳材料CPT(T=800,900,1000)。CP1000具有最高的比表面积(1168 m~2·g~(-1))、孔体积(0.94cm~3·g~(-1))和最高含量的石墨氮,因而CP1000呈现最高的电催化氧还原活性和最大的比电容值(在1 A g~(-1)的比电容为198 F g~(-1)),如图1所示。较高的碳化温度对材料性能的提升起着促进作用。通过调节ZIF-8和PVP的配比,制备出三种具有不同粒径和氮含量的ZIF-8@PVP-n(n=1,2,3)复合物。将其在1000℃碳化得到氮掺杂多孔碳材料CP1000-n(n=1,2,3),并对它们的孔结构、电催化氧还原活性和电容性能进行表征。与高温碳化纯ZIF-8得到的多孔碳材料C1000相比,CP1000-n有更高的比表面积、孔体积和石墨氮的含量。且PVP含量最多的复合物碳化所制得的CP1000-3具有最佳的催化活性和电容值,如图2所示。

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