文 献 综 述

一、引言

随着21世纪社会的快速发展及人口的不断增长，人们对能源的需求不断增加，化石能源作为主要能源由于其具有效率高、储能大、易开发等优点而一直被人类开发利用，但是对环境造成了很大的危害，而且化石能源是不可再生能源。为解决能源匮乏这一难题，人们积极开发有益于生态环境和经济发展的可持续绿色新能源，如风能、水能、太阳能、潮汐能、地热能等，这些可再生能源的开发很大程度上减轻了能源方面的负担。虽然可再生能源为人类的生存和社会的发展提供了更多的可能性，但是在开发及应用过程中也面临着很大难题，如能源不稳定、储能困难等，尤其是储能装备更是加大了经济成本。此时，燃料电池、锂电池、超级电容器等由于其体积小、储能高等优点，在能量转化或存储方面发挥了重要的作用，近年来在全世界范围已被广泛地研究。

碳元素与人类的关系密切，是最重要的元素之一，因为它们良好的物理和化学性质而受到广泛的关注，且近年来碳纳米技术的研究相当活跃。碳纳米材料具有导电性好、比表面积大、机械性能强、表面易功能化及理想的多孔结构等优点，使得它们成为了纳米复合材料、电化学传感器以及纳米器件的理想材料，超级电容器由于其功率密度高、循环寿命长、充放电时间短、绿色环保等优点受到了广泛关注，其在发展可再生能源领域有着很好的应用前景，本文简单介绍了多孔氮掺杂碳纳米材料的合成以及超级电容器中双电层电容器的研究意义、发展现状及研究方法。

二、研究意义

超级电容器，又称电化学电容器，是一种高效的电能储存装置，具有充放电时间短、循环寿命长、功率密度高、绿色环保等优点，与传统电容器相比，能量密度提高了100倍以上；与燃料电池相比，其工作温度更加温和且成本较低。因此，超级电容器是一种介于电池和电容之间的新型储能器件。

超级电容器按照储能机理不同，可分为法拉第赝电容器和双电层电容器。

法拉第赝电容器，通过电活性物质进行欠电位沉积发生可逆的化学吸附或氧化还原反应，电荷发生转移，从而储存电量，导电聚合物和金属氧化物是主要的活性材料，如聚吡咯^[1]、聚苯胺^[2]、RuO₂^[3]、MnO₂^[4]、NiO^[5]等。双电层电容器，通过材料表面与电解液之间形成电荷双电层进行电荷储存，储能机理与传统电容器相似，活性材料是多孔碳基材料，主要有石墨烯^[6]、活性炭^[7]、碳纳米管^[8]、碳气凝胶^[9]、碳纳米纤维^[10]及其他碳材料^[11-15]。碳材料作为双电层电容器的主要活性材料，具有比表面积大、稳定性好、廉价易得、安全环保等优点，多年来一直被广泛研究。由于双电层电容器是通过材料与电解液之间形成的电化学双电层进行电荷储存，所以其材料的比表面积大小和孔结构分布决定了活性材料的比电容、能量密度等^[16,17]。

本文主要研究氮掺杂多孔碳纳米材料的制备及表征，方法和机理类似于活性炭。Yushin等^[18]介绍了制备活性炭的方法，以及不同因素对材料比电容的影响，如电解液、孔尺寸、表面状态（官能团）等。

三、多孔碳材料的合成方法及进展