煤基碳量子点衍生炭的形貌控制及电化学性能

以太西无烟煤为碳源,采用化学氧化法制得煤基碳量子点,探讨煤基碳量子点水溶液质量浓度及干燥方式(冷冻干燥和高温烘干)对煤基碳量子点形貌的影响,并将质量浓度为10 g/L的煤基碳量子点水溶液分别冷冻干燥与高温烘干再进行高温炭化,制备煤基碳量子点衍生炭,应用于超级电容器.结果表明:在冷冻干燥条件下,煤基碳量子点的形貌随着质量浓度的增加呈"点—线—面"的趋势发展;在高温烘干条件下,不同质量浓度煤基碳量子点水溶液干燥后的形貌均呈三维块状.冷冻干燥条件下的煤基碳量子点衍生炭的形貌呈二维片状,比表面积为268.8 m2/g,中孔率为19.1％;而高温烘干导致煤基碳量子点团聚紧缩成结构致密的块状,因此,炭化后仍为块状结构且不易脱除含氧官能团形成孔隙,高温烘干条件下的煤基碳量子点衍生炭的比表面积为192.5 m2/g,中孔率为8.9％,但C＝O和COOH含量丰富.二维片状形貌以及较高中孔率可以保证冷冻干燥条件下的煤基碳量子点衍生炭的倍率性能,初始比电容只有115.5 F/g,但在20 A/g时的容量保持率可达71.5％;丰富的含氧官能团使得高温烘干条件下的煤基碳量子点衍生炭赝电容更高,从而致使比电容更高,0.5 A/g的电流密度下比电容为132.4 F/g,到20 A/g时比电容仍达 90.3 F/g.