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·1662· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

图 4 NPGC-1 (a)和 NPGC-3 (b)的 N 2 吸附-脱附等温线和
NLDFT 孔径分布曲线（插图）
Fig. 4 N 2 adsorption-desorption isotherms and NLDFT
pore size distribution (inset) of NPGC-1 (a) and
NPGC-3 (b)

2.4 XPS 分析和元素分析
为了检测样品表面元素信息，作者对样品 PC、
NPC、GC 和 NPGC 进行了 XPS 和元素分析，XPS
及元素分析结果见图 5 及表 1。

图 3 PC、NPC、GC 和 NPGC 的 N 2 吸附-脱附等温线(a) 由图 5a 可知，可以明显地观察到 NPC 和 NPGC
和 NLDFT 孔径分布曲线(b) 中 N 1s 峰，这说明氮原子被成功地掺杂到了样品
Fig. 3 N 2 adsorption-desorption isotherms (a) and NLDFT NPC 和 NPGC 中。图 5b 进一步证实氮原子成功地
pore size distribution of PC, NPC, GC and NPGC (b)
掺杂到样品中。
由图 3 可知，样品 NPGC 的等温线为Ⅳ型吸 由表 1 可知，NPGC 样品具有最高含氮量（摩
附-脱附等温线，在低压区曲线有明显上升，说明有
尔分数 6.27%）。并且，含氮量随着海带加入量（1~3
微孔存在；在高压区曲线存在 H2 型滞后环，说明 g）的增加先增加后降低，这主要是因为适量加入海
有介孔存在 [15] 。因此，可以证明 NPGC 样品存在多
带才能与三聚氰胺充分聚合，得到高氮含量的多孔
级孔结构。根据数据计算，NPGC 电极材料的比表 石墨化碳纳米材料。图 5c 中，N 1s 峰可分为 3 个特
3
2
面积为 1771 m /g，孔体积为 0.34 cm /g，平均孔径
征峰，分别位于 399.0、400.3 和 401.8 eV。这些峰
为 2.8 nm。其比表面积远高于未经 NaOH 活化的 GC 值分别与吡啶氮（N-1）、吡咯氮（N-2）和四元氮
2
的比表面积（204 m /g）。实验发现，经过 NaOH 活 （N-3）的结合能相对应 [16] 。此外，元素分析测试
2
化的 PC 和 NPC 的比表面积（1709、1675 m /g）也
证明，NPGC 样品的含氮量最高为 6.65%（质量分
高于 GC 的比表面积。这说明 NaOH 活化在样品处
数）。由此看出，XPS 和元素分析的测试结果是相似的。
理中起到了很好的造孔作用。此外，还对 NPGC-1
2.5 TEM 分析
和 NPGC-3 的比表面积进行了测试（见图 4），可知
为进一步观察样品的微观结构和 N 元素在碳基
NPGC-1 和 NPGC-3 的比表面积分别为 1754 和
2
1762 m /g。由此可见，随着碳源海带加入量的增加， （海带）材料上的分布，对样品 NPGC 进行了 TEM、
HRTEM 和 Maping 表征，结果见图 6。
材料的比表面积没有明显的变化，这说明碳源加入
由图 6a~c 可以看出，样品 NPGC 微观呈片状结构。
量的改变对材料的比表面积没有明显的影响。
每一个由海带衍生-片层结构的 NPGC 相当于一个
小超级电容器，这些小的电容器串联或并联在一起
组成一个大的电容器，从本质上提高了材料的电容
特性。图 6d 为图 6c 的选区 TEM 照片，从图中可以
看出一个高分辨率的晶格条纹，测得其晶面间距为
0.34 nm，这与石墨化碳（002）晶面相对应 [17] 。这
一结果与 XRD 分析相一致。同时，在图 6e 的选区
照片（图 6c）中，多孔结构可以被清晰地观察到，
这说明样品 NPGC 具有明显的多孔性质。由图 6 f~h
可以明显地看出，N 元素均匀地分布在碳基材料上。