研究背景

超级电容器（SC），一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置， 包括电化学双层电容和赝电容两种储能机制， 因其快速充放电性能以及优异的储能特性而备受关注。超级电容器电极材料包括碳、过渡金属氧化物基、有机聚合物基及过渡金属氮化物等， 其中过渡金属氮化物Nb4N5 具有优良的导电性和化学稳定性而成为超级电容器的电极材料研究热点。

1 实验

1.1 实验原料

五氯化铌（NbCl5）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、异丙醇（(CH3)2CHOH）、丙三醇（C3H8O3）、盐酸多巴胺（C8H11O2N）、Tris -pH 缓冲试剂（Tris）、无水乙醇（C2H5OH）、去离子水（H2O）、无水硫酸钠（Na2SO4）、高纯氨气、高纯氮气、高纯氩气。

1.2 实验过程

分别称取NbCl5、PVP、DMF 加入到无水乙醇溶液中制得前驱体溶液。将制备的纤维烘干后于600 ℃预煅烧， 得到Nb2O5 纤维。

取NbCl5 与 丙三醇加入到异丙醇溶液中，将上述Nb2O5 纤维加入其中，进行搅拌；将混合溶液放入聚四氟乙烯反应釜中在180 ℃下保温24 h； 取出沉淀物在氨气中进行氮化还原，保温时间2 h，得到Nb4N5 纤维，在室温至300 ℃温度范围内采用高纯氮气作为保护气氛； 在去离子水中加Tris 试剂、盐酸多巴胺，搅拌均匀后加入Nb4N5 纤维，搅拌后离心分离、烘干，在氩气中加热保温，制得碳包覆表面毛刺状Nb4N5 纤维。

图1 毛刺状Nb4N5 纤维的SEM 照片。