非晶态结构的主要特点是在任意原子周围几个原于间距范围内原子排列存在一定的短程有序。其中最重要的是最近邻原子的平均距离、原子的实际间距偏离平均距离的程度,最近邻原子的品种和数目,以及最大有序范围。通常引用四个结构参数来表述非晶态的结构特征。
1) 最近邻原子的平均距离
将原子径向分布的第一壳层的数密度最大值处到中心原子的距离定义为最近邻原子的平均距离。在实验测量中,双体分布函数g(r)的第一个峰的峰位值就等于最近邻原子的平均距离。
2) 原子的平均位移
用原子径向分布第一壳层内原子的实际位置ri偏离平均位置ra的均方根值表征原子的平均位移。
在实验测量中,等于RDF(r)的第一个半峰全宽度的1/2.36倍。
3) 最近邻原子的配位数
用原子径向分布第一壳层内原子数目表征最近邻原子的配位数n。在实验测量中,n等于RDF(r)的第一个半峰面积的2倍。 即 ,式中r0和rp分别为低r峰值为零处的r值和峰位的r值。
4) 有序畴尺寸
有序畴指的是短程有序范围,在原子分布函数图中,它对应于原子数密度分布的振荡区域,一般不到10个原子间距。从理论上讲,G(r)=1处即为有序畴边界。考虑到实验误差,通常规定G(r)=1.02处的r值为有序畴尺寸。
成果简介
本文,浙江大学王树荣教授团队在《ChemElectroChem》期刊 发表名为“Preparation of Nitrogen and Sulfur Co-doped and Interconnected Hierarchical Porous Biochar by Pyrolysis of Mantis Shrimp in CO2 Atmosphere for Symmetric Supercapacitors”的论文, 研究以螳螂虾壳为原料,CO2为活化剂,通过一步热解活化制备多种N、O、S自掺杂生物质碳材料(MSCs)。
通过控制热解温度来调节碳材料的物理和化学性质。在这项研究中,MSCs 材料的最大比表面积 (SSA) 和孔体积分别为484.5 m 2 g -1和0.291cm 3 g -1在 700 C 时达到。此外,在表征试验中发现,氮和硫等杂原子已成功引入碳微观结构中。 MSC-750含有高达9.46%的N和0.52%的S ,虽然SSA只有431.6m2g-1 时,6MKOH对称超级电容器在1Ag-1下的比电容在所有样品中达到最大值 144.2Fg -1,这是由于其高含量的杂原子官能团产生的赝电容。
图文导读
图1、(a)–(d) 分别为样品 MSC-600、650、700 和 750 的 SEM 图像;(e) 和 (f) MSC-700 和 MSC-750 在高倍率下的形态学图像。
图2、(a)–(b) MSC-750的TEM图像;(c)–(i) MSC-750选定区域的TEM-EDS图像。
图3、(a) MSCs的拉曼光谱和 (b)XRD图。
图4、MSC的电化学性能
图5、(a) 奈奎斯特曲线;(b) 比电容的虚部(C“,vs 频率);(c)-(f) 两个串联的硬币型超级电容器分别用于点亮白色和红色 LED。
小结
通过二氧化碳一步热解活化螳螂虾壳制备多元素共掺杂多孔生物质活性炭材料,并将其应用于对称超级电容器。这些结果表明MSC-750是一种很有前景的超级电容器电极材料,为水产品的高附加值加工利用开辟了新途径。
文献:
https://doi.org/10.1002/celc.202101151
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