不同N掺杂构型石墨烯的量子电容研究

杨光敏; 徐强; 李冰; 张汉壮; 贺小光

doi:10.7498/aps.64.127301

摘要

超级电容器是一种利用界面双电层储能或在电极材料表面及近表面发生快速可逆氧化还原反应而储能的装置, 其特点是功率密度高、循环寿命长. 制备出兼有高能量密度的电极材料是当前超级电容器研究的重点. 以提高电容储能为目标, 通过掺杂N原子来调制石墨烯的电子结构, 使用基于密度泛函理论的第一原理计算了不同N掺杂构型石墨烯的态密度和能带结构, 拟合出了石墨烯的量子电容, 分析了量子电容储能提升的原因.

关键词:

Supercapacitor is an energy storage device which obtains energy from the electrochemical double layer or the redox-type reactions at or beyond the surface of the electrode, which can meet the demands for high power and long cycle life. However, the electrode still has low energy density for supercapacitor device. The design of electrode material is essential for obtaining high capacity. We employ density functional theory based on the first principle to calculate the electronic structures and derive the capacitance of N-doping graphene. We find that the quantum capacitance can be substantially improved by N doping. The physical mechanism of such phenomena is discussed in this paper.

Keywords:

作者及机构信息

1.
长春师范大学物理学院, 长春 130032;

2.
长春工程学院勘查与测绘工程学院, 长春 130021;

3.
吉林大学物理学院, 长春 130012

基金项目: 吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(批准号:2014-250,2014-260)、吉林省科技厅自然科学基金(批准号:2014-0101061JC)、国家自然科学基金(批准号:11404036)、长春师范大学自然科学基金(批准号:2012-01)和中国博士后面上基金资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics, Changchun Normal University, Changchun 130032, China;

2.
School of Prospecting and Surveying, Changchun Institute of Technology, Changchun 130021, China;

3.
College of Physics, Jilin University, Changchun 130012, China

Funds: Project supported by the Twelfth Five-year Planning Project of Jilin Provincial Education Department Foundation, China (Grant Nos. 2014-250, 2014-260), the Natural Science Foundation of Jilin Province, China (Grant No. 2014-0101061JC), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11404036), the Natural Science Foundation of Changchun Normal University, China (Grant No. 2012-01), and the China Postdoctoral Science Foundation.

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