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·1660·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 35 卷

            医药以及工业饲料生产中。但其在功能材料中的应                             学工作站，上海辰华公司；LAND-CT2001A 型蓝电
            用却很少被发现。众所周知，海带拥有大量的羟基                             电池测试仪，武汉蓝电公司。
            等极性基团。因此，它们可以与许多物质进行聚合                             1.2   方法
            形成碳的前驱体，从而得到具有特定结构的碳材料。                            1.2.1   前驱体的制备
            廉价的海带可用作碳的前驱体合成具有特殊结构的                                 准确称取 2 g 粉碎的干燥海带置于 500 mL 烧杯
                     [1]
            电极材料 。                                             中，依次加入 0.23 g 氯化镍（0.1 mol）、1.0 g 三聚
                 超级电容器是一种利用界面双电层储能或在电                          氰胺和 150 mL 去离子水后混合均匀，放入转子后置
            极材料表面发生快速可逆氧化-还原反应而储能的                             于恒温加热磁力搅拌器上搅拌。常温下先搅拌 3 h，
            装置，因其高比功率和长循环寿命等特点在可再生                             然后升至 95  ℃，继续搅拌直至烧杯中样品呈糊状，
            能源发电并网、电动汽车等领域具有广泛的应用前                             再将糊状样品置于鼓风干燥箱中 80  ℃干燥 10 h。
            景。高性能电极材料是超级电容器的研究重点                      [2-4] 。  将干燥后样品置于管式炉中，以氮气为保护气，600
            其中，多孔碳      [5-6] 以其稳定的循环寿命而被作为电极                  ℃下碳化 2 h，得到前驱体（HD）。
            材料应用于商业超级电容器中。但传统的碳材料由                             1.2.2   样品的制备
            于其表面疏水、电容较低、能量密度难以提升等缺                                 将前驱体（HD）研磨成粉末后与 NaOH，按照
            点已满足不了当前社会对高性能超级电容器的需求。                            质量比 1∶4 混合，活化 2 h，放入烘箱里 60 ℃干燥
                 新型多孔石墨碳由于其优异的导电性而被用作                          8 h 置于管式炉中，在氮气为保护气、700 ℃下活化
                                                     [7]
            电极材料，进一步提高电容器的电化学性能 。它                             2 h，得到的样品用盐酸除去多余的 NaOH，用水洗
            从本质上提高碳电极材料的电容量和稳定性，但其                             涤至中性，得到粉末状多孔层状晶态纳米碳材料
            性能仍不能达到人们的满意程度。因此，科研工作                             (NPGC)，置于真空烘干待用。
            者对新型多孔石墨碳材料进行了进一步研究。当前                             1.2.3   对比样品的制备
            提升超级电容器比电容最有效的方法是向石墨碳骨                                 为了验证 NPGC 材料的微观结构对电容器电化
            架中进行氮掺杂，因为氮的加入可以提供赝电容，                             学性能的影响，又制备了一系列对比样品并对其电
            从而提升材料的电容          [8-10] 。目前，很多方法已经用              容特性进行了测试，对比样品的制备方法如 NPGC，
            来制备氮掺杂石墨碳，如：化学气相沉积法、电弧                             只是减少了一些原料，包括不加石墨化催化剂氯化
            放电法和高压水热法等。但这些方法所用的碳源价                             镍的样品（NPC）、不加石墨化催化剂氯化镍和氮源
            格昂贵，合成工艺繁琐、对设备要求高，并且得到                             三聚氰胺的样品（PC）和不加石墨化催化剂氯化镍
            的产品产量低，氮含量少            [11] 。                      和不活化处理的样品（GC）。此外，为了考察碳源
                 本文以价格低廉的生物质——海带为碳源、三                          对样品结构和性能的影响            [7,12] ，固定三聚氰胺 1.0g，
            聚氰胺为氮源，通过聚合-活化法合成出具有片层结                            改变海带的加入量（1、3 g），合成的材料命名为
            构的纳米级氮掺杂多孔石墨化碳材料，这种由海带                             NPGC-1 和 NPGC-3。
            衍生的多孔碳电极材料所具有的独特片层结构有利                             1.3   性能测试
            于电化学过程传荷和传质过程。                                     1.3.1   三电极系统测试

                                                                   将活性物质与聚四氟乙烯（PTFE）和乙炔黑按
            1   实验部分
                                                               照质量比为 90∶5∶5 混合，滴加乙醇后得到糊状混
            1.1   试剂与仪器                                        合物。以泡沫镍为集流体，用玻璃棒将糊状混合物
                 海带，福建霞浦；聚四氟乙烯（PTFE，质量分                        均匀地涂抹在其上，涂抹面积为 1 cm×1 cm。而后,
            数 60%）、乙炔黑（分析纯），天津科密欧股份有限                          将涂抹有活性物质的泡沫镍置于干燥箱中 70  ℃干
            公司；三聚氰胺〔C 3 N 3 (NH 2 ) 3 〕、NiCl 2 ·6H 2 O、NaOH、   燥 6 h。再将干燥好的涂有活性物质的泡沫镍在
            KOH，分析纯，西陇化工股份有限公司；盐酸和无                            10 MPa 压力下压成片状电极。以 6 mol/L KOH 为电
            水乙醇（CH 3 CH 2 OH），分析纯，成都联合化工试剂                     解液，对制备的电极进行循环伏安曲线（CV）、恒
            所。                                                 电流充放电曲线（GCD）、电化学阻抗（EIS）测试。
                 H-7650 型透射电子显微镜，日本 Hitachi 公司；                工作电压为：1.1~0.1 V。电极比容量可以通过恒
                                                                                   [1]
            D8 Focus 型 X 射线衍射仪，德国 Bruker 公司；                   电流放电曲线计算得到 。计算公式如下：
            Autosort-1 型物理化学吸附仪，美国 Quantachrome                             C = (I × Δt)/(U × m)         （1）
            Instruments 公司； Escalab  250Xi 型 X 射线光电子           式中：C 为比电容量，F/g；I 为放电电流，A；Δt
            能谱仪，美国 Thermo Fisher 公司；Vario MICRO 型              为放电时间，s；m 为活性物质质量，g；U 为电位
            元素分析仪，美国 Elementa 公司；CHI660E 型电化                   范围，V。
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