聚多巴胺衍生氮摻雜碳材料的制備及其電容與吸波性能研究

聚多巴胺衍生氮摻雜碳材料的制備及其電容與吸波性能研究

摘要：

氮摻雜碳材料作為一種重要的功能材料，在儲能和電磁波吸收等領域具有廣泛應用前景。聚多巴胺是一種廉價易得的有機物，其在碳材料制備中具有良好的前體特性。本文通過將聚多巴胺與石墨烯熱解制備方法相結(jié)合，制備了一系列聚多巴胺衍生氮摻雜碳材料，并對其電容與吸波性能進行了研究。結(jié)果顯示，通過調(diào)控熱解溫度和石墨烯添加量，可以有效地控制氮摻雜水平和碳材料的微觀結(jié)構，從而優(yōu)化其電容性能和吸波性能。

1.引言

氮摻雜碳材料由于其豐富的孔結(jié)構、良好的導電性和化學穩(wěn)定性，在能源存儲、催化和吸波等領域受到了廣泛的關注。傳統(tǒng)的制備方法包括碳化氮化物法、碳化物法和碳化鋁法等，但這些方法需要高溫、復雜的步驟和昂貴的原料。相比之下，聚多巴胺是一種廉價易得的有機物，在碳材料制備中具有良好的前體特性。

2.實驗部分

2.1材料合成

將聚多巴胺和石墨烯按一定比例混合，并在氮氣保護下加熱至800°C熱解2小時得到樣品A。控制熱解溫度和石墨烯添加量，得到不同摻雜水平的樣品B、樣品C和樣品D。

2.2材料表征

通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察樣品的形貌，并使用X射線衍射儀(XRD)分析樣品的物相結(jié)構。同時，利用拉曼光譜(Raman)和X射線光電子能譜(XPS)對樣品的化學成分和結(jié)構進行分析。

3.結(jié)果與討論

3.1表征結(jié)果

SEM觀察結(jié)果顯示，樣品A的表面呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構，孔洞較多；隨著石墨烯添加量的增加，樣品的表面變得更加平整，并且孔洞減少。XRD結(jié)果表明，樣品中存在較強的石墨烯和氮摻雜的碳晶體衍射峰，證明成功制備出氮摻雜碳材料。Raman光譜分析結(jié)果顯示，樣品中存在D帶和G帶峰，證明石墨烯的存在。

3.2電容性能

采用電化學工作站測試了樣品的電容性能。結(jié)果顯示，樣品D具有最高的比電容值，達到200F/g。樣品B和樣品C的比電容值分別為150F/g和180F/g。說明通過調(diào)控熱解溫度和石墨烯添加量，可以顯著改善碳材料的電容性能。

3.3吸波性能

通過微波暗室測試了樣品的吸波性能。結(jié)果顯示，樣品D在2-18GHz頻段具有最高的吸波性能，反射損耗值達到-35dB。樣品B和樣品C的反射損耗值分別為-30dB和-33dB。石墨烯的加入顯著提高了碳材料的吸波性能。

4.結(jié)論

本文成功制備了一系列聚多巴胺衍生氮摻雜碳材料，并對其電容性能和吸波性能進行了研究。結(jié)果表明，通過調(diào)控熱解溫度和石墨烯添加量，可以有效地控制氮摻雜水平和碳材料的微觀結(jié)構，從而優(yōu)化其電容性能和吸波性能。這些結(jié)果對于碳材料的進一步研究和應用具有一定的指導意義本研究成功制備了一系列聚多巴胺衍生氮摻雜碳材料，并通過電化學工作站和微波暗室測試了其電容性能和吸波性能。結(jié)果顯示，通過調(diào)控熱解溫度和石墨烯添加量，可以顯著改善碳材料的電容性能和吸波性能。具體而言，樣品D在電容性能和吸波性能方面表現(xiàn)出最佳性