纖維素基硼氮共摻雜碳點(diǎn)的制備及其改善銅硫化物電化學(xué)性能的研究

摘要： 以氧化纖維素（OC） 為碳源，硼酸和氨水為摻雜劑，采用一步水熱法制備了硼氮共摻雜纖維素基碳點(diǎn)（B-N-CDs），然后采用低溫浸漬法構(gòu)筑了CuS/B-N-CDs復(fù)合材料，并對(duì)B-N-CDs的光學(xué)性能及復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)表征。結(jié)果表明，B-N-CDs的最佳激發(fā)波長(zhǎng)、發(fā)射波長(zhǎng)分別為337、420 nm，平均粒徑為1. 79 nm。CuS/B-N-CDs復(fù)合材料在1 A/g電流密度下的比電容為896. 0 F/g，由其組裝的非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器CuS/B-N-CDs//AC ASC 在功率密度806. 5 W/kg 條件下，能量密度達(dá)60. 7 Wh/kg，并且在1～10 A/g的電流密度范圍內(nèi)，具有良好的倍率性能（庫(kù)倫效率93. 9%）；此外，在經(jīng)過(guò)10 000次充放電后，電容保持率為96. 2%，循環(huán)性能良好。

關(guān)鍵詞：纖維素；碳點(diǎn)；銅硫化物；超級(jí)電容器

中圖分類(lèi)號(hào)：TS7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 02. 019

金屬硫化物，如CoS[1]、NiS[2]和CuS[3]等，因具有較高的理論容量、較低的成本、優(yōu)良的電化學(xué)性能等特性，被認(rèn)為是具有良好應(yīng)用前景的電極材料之一。然而，研究中常用的CuS同時(shí)也存在電導(dǎo)率低、循環(huán)壽命短[4]等缺陷，進(jìn)而限制了其工業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，為了克服上述問(wèn)題，眾多研究學(xué)者將CuS與一系列電化學(xué)活性材料復(fù)合，如金屬氧化物[5]、活性炭[6]、碳納米管[7]和碳點(diǎn)（CDs） [8]等，進(jìn)而改善電容、能量和功率效率。CDs是一種新型零維納米碳材料[9]，其表面富含的官能團(tuán)（如羧酸） 為表面官能化提供了可能性[10]。當(dāng)CDs 與金屬硫化物（如CuS） 結(jié)合時(shí)，CDs可充當(dāng)電子供體和電子受體，通過(guò)增加電極材料比表面積、提高電子遷移速率和電子導(dǎo)電性來(lái)改善CuS的電化學(xué)性能。Quan等[11]通過(guò)浸漬法，用CDs與CuS 制備了具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，結(jié)果表明，CDs與CuS之間的協(xié)同效應(yīng)顯著提高了復(fù)合材料的電子傳遞性能，該復(fù)合材料的比電容（920.5 F/g）遠(yuǎn)高于純CuS比電容（369.9 F/g），具有良好的電化學(xué)性能。由此可見(jiàn)，與傳統(tǒng)的電極材料相比，基于CDs修飾的電極材料，在庫(kù)侖效率、循環(huán)壽命、電容等重要參數(shù)上，均有明顯提高。纖維素是自然界中含量最豐富的可再生大分子化合物[12]，具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)毒、可生物降解和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)[13]，被認(rèn)為是制備CDs的優(yōu)勢(shì)碳源。纖維素基碳點(diǎn)具有比表面積大、尺寸小、電子轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)增強(qiáng)電化學(xué)活性物質(zhì)的吸附和擴(kuò)散以及表面電容，來(lái)提高超級(jí)電容器的性能。但是，目前纖維素基碳點(diǎn)在超級(jí)電容器領(lǐng)域應(yīng)用過(guò)少，探究不同雜原子摻雜的纖維素基碳點(diǎn)在增強(qiáng)銅硫化物電極材料電化學(xué)性能的效果，有利于纖維素的高值化利用。

本研究針對(duì)二維片層銅硫化物的穩(wěn)定性差、導(dǎo)電率低等問(wèn)題，通過(guò)引入尺寸小、表面富含官能團(tuán)且綠色環(huán)保的纖維素基碳點(diǎn)來(lái)提高電極材料的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。首先以氧化纖維素為碳源，硼酸和氨水為摻雜劑，采用一步水熱法制備硼氮共摻雜纖維素基碳點(diǎn)（B-N-CDs），然后采用低溫浸漬法構(gòu)筑了一種碳點(diǎn)摻雜的硫化銅復(fù)合材料（CuS/B-N-CDs），并通過(guò)電化學(xué)測(cè)試分析了CuS/B-N-CDs的電化學(xué)性能，拓寬了纖維素基碳點(diǎn)在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 實(shí) 驗(yàn)

1. 1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑

針葉木溶解漿，由山東渤海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司提供；乙醇、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、硼酸，由北京西中化工廠提供；亞硝酸鈉（純度≥99%），購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；硝酸銅、氫氧化鉀、硝酸、磷酸、升華硫、乙二醇、丙酮、氨水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%～28%），均購(gòu)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；聚四氟乙烯乳液（分析純）、活性炭、乙炔黑、泡沫鎳、鎳條、碳布，均為電池級(jí)，由山西力之源電池材料有限公司提供。

1. 2 實(shí)驗(yàn)方法

1. 2. 1 硼氮共摻雜碳點(diǎn)的制備

采用傳統(tǒng)的HNO3/H3PO4/NaNO2 氧化法制備了氧化纖維素（OC） [14]。稱(chēng)取0.5 g OC分散于50 mL去離子水中，將氨水和硼酸（OC∶硼酸∶氨水質(zhì)量比=1∶6∶15） 均勻分散到溶液中。然后，將混合溶液置于反應(yīng)釜中，在180 ℃的溫度下反應(yīng)10 h。反應(yīng)結(jié)束后，使用0.22 μm 水系濾頭進(jìn)行過(guò)濾，將濾液置于100～500 Da的透析袋中透析48 h。透析完成后，再冷凍干燥60 h，即得純凈的硼氮共摻雜纖維素基碳點(diǎn)（B-N-CDs） 粉末。

1. 2. 2 CuS/B-N-CDs復(fù)合材料的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[15]的方法制得CuS。將0.01 g 的B-NCDs粉末分散到10 mL 去離子水中，然后將0.1 g 的CuS浸泡到上述溶液中并置于冰箱，在5 ℃條件下低溫浸漬12 h。對(duì)上述溶液進(jìn)行真空抽濾，并用去離子水洗滌3次，在60 ℃的條件下干燥12 h，得到CuS/BN-CDs復(fù)合材料。

1. 3 B-N-CDs和CuS/B-N-CDs復(fù)合材料的表征

1. 3. 1 B-N-CDs的表征

使用透射電子顯微鏡（TEM，JEM-2100，日本JE?OL公司） 對(duì)B-N-CDs進(jìn)行形貌分析；使用X射線(xiàn)衍射儀（XRD，6100，日本島津公司） 對(duì)B-N-CDs進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；使用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，F(xiàn)ron?tier Ⅱ，美國(guó)PerkinElmer公司） 測(cè)定B-N-CDs的基團(tuán)；使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV1006M031，日本島津公司） 測(cè)定B-N-CDs的吸收光譜圖；采用熒光分光光度計(jì)（F-7000，日本Hitachi公司） 測(cè)定B-N-CDs的熒光光譜圖；使用X射線(xiàn)光電子能譜儀（XPS，Escalab250Xi，美國(guó)Thermo公司） 對(duì)CDs和B-N-CDs的化學(xué)結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)相對(duì)含量進(jìn)行測(cè)定。

1. 3. 2 CuS/B-N-CDs復(fù)合材料的表征

使用掃描電子顯微鏡（SEM，JEM-7800F，日本JEOL 公司） 對(duì)CuS/B-N-CDs 復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌特征進(jìn)行測(cè)試； 使用能譜儀（EDS， XMax50，英國(guó)牛津儀器公司） 對(duì)CuS/B-N-CDs復(fù)合材料的元素種類(lèi)和分布進(jìn)行分析。

1. 4 CuS/B-N-CDs電極的制備

將0.01 g的CuS/B-N-CDs、乙炔黑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%聚四氟乙烯乳液（質(zhì)量比8∶1∶1） 以及無(wú)水乙醇進(jìn)行研磨攪拌后涂抹到泡沫鎳上，將涂片在60 ℃的條件下干燥6 h，然后進(jìn)行壓片，即得CuS/B-N-CDs電極。CuS和活性炭（AC） 電極材料的制備方法與上述方法相同。

1. 5 CuS/B-N-CDs 柔性超級(jí)電容器的制備及電化學(xué)性能測(cè)試

根據(jù)1.4 的方法制備正負(fù)電極板，將正極板與負(fù)極板用聚乙烯醇（PVA） /KOH隔膜隔開(kāi)，并用膠布固定，得到CuS/B-N-CDs非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器（CuS/BN-CDs//AC ASC）。通過(guò)電化學(xué)工作站（CHI660E，上海辰華儀器有限公司） 進(jìn)行恒電流充放電（GCD）、循環(huán)伏安（CV） 和電化學(xué)阻抗（EIS） 測(cè)試，其中CuS/B-N-CDs 為工作電極，鉑絲為對(duì)電極，Hg/HgO為參比電極，6 mol/L的KOH溶液為電解液。

1. 5. 1 循環(huán)伏安法

將CuS/B-N-CDs復(fù)合材料制片，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，具體測(cè)量條件如下：掃描速率5、10、25、50、100 mV/s，三電極測(cè)試中電壓窗口?0.1～0.5 V，二電極測(cè)試中電壓窗口0～1.5 V。根據(jù)CV曲線(xiàn)，按照式（1）計(jì)算電極材料的比電容。

Cg = （I·t）/（m·U ） （1）

式中，Cg為CuS/B-N-CDs的比電容，F(xiàn)/g；I 為恒定電流，A；t 為放電時(shí)間，s；U 為電勢(shì)差，V；m 為CuS/B-N-CDs質(zhì)量，g。

1. 5. 2 恒電流充放電法

對(duì)CuS/B-N-CDs電極進(jìn)行測(cè)量，具體條件如下：電流密度分別1、2、5、8、10 A/g，三電極測(cè)試中電壓窗口0～0.34 V，二電極測(cè)試中電壓窗口0～1.35 V。

根據(jù)GCD曲線(xiàn)，按照式（2）和式（3）計(jì)算電極材料的能量密度和功率密度。

E =1／2·C·ΔU2 （2）

E =12·C·ΔU2 （2）

式中，E 為能量密度，Wh/kg；P 為功率密度，W/kg；C 為比電容，F(xiàn)/g；ΔU 為電勢(shì)窗口，V；Δt 為放電時(shí)間，s。

1. 5. 3 交流阻抗法

對(duì)CuS/B-N-CDs 電極進(jìn)行測(cè)量，頻率范圍0.01～100 kHz。

1. 5. 4 庫(kù)倫效率

根據(jù)式（4）計(jì)算庫(kù)倫效率。

η=td/tc （4）

式中，η 為庫(kù)倫效率；tc和td分別為充電和放電的時(shí)間，s。

1. 5. 5 循環(huán)壽命測(cè)試

采用藍(lán)電電池測(cè)試儀（CT2001A，武漢藍(lán)電電子股份有限公司） 對(duì)CuS/B-N-CDs//AC ASC進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試。具體測(cè)量條件如下：電壓窗口1～1.35 V，電流密度10 A/g，恒電流充放電10 000次。

2 結(jié)果與討論

2. 1 B-N-CDs的性能分析

圖1為B-N-CDs的TEM圖和粒徑分布圖。從圖1（a）可以看出，B-N-CDs幾乎呈球形顆粒，并且在水中具有良好的分散性。采用Nanomeasure分析軟件對(duì)B-NCDs的粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其粒徑分布圖見(jiàn)圖1（b）。由圖1（b）可知，B-N-CDs的粒徑尺寸主要分布在1.0～2.0 nm范圍內(nèi)，平均粒徑為1.07 nm。綜上所述，B-N-CDs具有均勻尺寸和良好水溶性，因而可以提升電解液中的電子轉(zhuǎn)移速率，且若將其嵌合在CuS片層間，可以顯著提高符合材料的電子傳遞性能[11]。

為進(jìn)一步研究B-N-CDs的化學(xué)結(jié)構(gòu)與元素組成，對(duì)B-N-CDs進(jìn)行了FT-IR、XRD和XPS表征，結(jié)果如圖2所示。從圖2（a）的FT-IR譜圖可以看出，1 613 cm?1處的特征峰歸因于C—N的伸縮振動(dòng)，1 407 cm?1處的特征峰歸因于B—O的伸縮振動(dòng)，1 094 cm?1處的特征峰歸因于N—H 的彎曲振動(dòng)[16-17]。由于B—O 和C—N特征峰的存在，表明硼、氮元素已成功摻雜到B-NCDs中。從圖2（b）的XRD譜圖可以看出，B-N-CDs在2θ=24°處有較寬的無(wú)定形峰，表明B-N-CDs具有一定的晶型結(jié)構(gòu)。圖2（c）為CDs 與B-N-CDs 的XPS 譜圖。由圖2（c）可知，CDs 的XPS 譜圖僅顯示存在氧元素（536.1 eV處的O 1s） 和碳元素（284.6 eV處的C 1s）特征峰， 氧元素和碳元素的含量分別為33.5% 和66.5%。而B(niǎo)-N-CDs具有氧元素（532.1 eV處的O 1s）、碳元素（285.1 eV處的C 1s）、硼元素（198.1 eV處的B 1s） 和氮元素（399.1 eV處的N 1s） 的4個(gè)特征峰，并且碳、氧、氮、硼元素的含量分別為63.6%、26.2%、8.68%和1.53%，證實(shí)了氮元素和硼元素的成功摻雜。

采用UV-Vis和FL熒光光譜技術(shù)對(duì)B-N-CDs的光學(xué)性能進(jìn)行表征，結(jié)果如圖3 所示。圖3（a）為B-NCDs的紫外-可見(jiàn)光吸收譜圖（Abs）。從圖3（a）可以觀察到，B-N-CDs在273 nm附近出現(xiàn)明顯的吸收峰，對(duì)應(yīng)于C—N 中n- π*電子的躍遷[18]。B-N-CDs 在300～340 nm處表現(xiàn)出更寬的弱吸收帶，對(duì)應(yīng)于C= = O中的n-π*電子躍遷[19]。從圖3（a）中B-N-CDs的激發(fā)（Ex） /發(fā)射（Em） 光譜圖可以看出，B-N-CDs的最佳激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為337和420 nm。

圖3（b）為B-N-CDs的熒光光譜圖。由圖3（b）可知，當(dāng)B-N-CDs的激發(fā)波長(zhǎng)為300～420 nm時(shí)，B-N-CDs的熒光發(fā)射強(qiáng)度呈先增強(qiáng)后逐漸降低的趨勢(shì)，熒光發(fā)射峰呈現(xiàn)逐漸紅移現(xiàn)象。因此，在波長(zhǎng)300～420 nm范圍內(nèi)，B-N-CDs 顯示出激發(fā)波長(zhǎng)依賴(lài)性熒光發(fā)射行為。這可能是由于B-N-CDs 具有不同的表面缺陷，粒徑尺寸也存在差異性，在不同能量的光子激發(fā)下，B-N-CDs 對(duì)不同能量光子的選擇性存在差異，使得B-N-CDs表面態(tài)效應(yīng)影響了能帶鍵的躍遷[20]。

2. 2 CuS/B-N-CDs復(fù)合材料性能分析

通過(guò)SEM對(duì)CuS/B-N-CDs復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。由圖4（a）可知，CuS/B-N-CDs復(fù)合材料呈現(xiàn)出納米花狀空心微球結(jié)構(gòu)。由圖4（b）可知，各元素分布均勻，且B、N、C、O元素的存在證實(shí)了B-N-CDs的成功嵌入。

2. 3 CuS/B-N-CDs電極的制備和電化學(xué)測(cè)試

圖5（a）為CuS/B-N-CDs電極在不同掃描速率下的CV 曲線(xiàn)圖。由圖5（a）可知，CuS/B-N-CDs 電極的CV曲線(xiàn)，在0.34 V處顯示陽(yáng)極峰值，在0 V處顯示陰極峰值。當(dāng)掃描速率增大時(shí)，CV曲線(xiàn)的形狀不變，而CV曲線(xiàn)在陽(yáng)極峰和陰極峰之間具有更寬的間隔，表明CuS/B-N-CDs電極具有高功率特性和良好的電化學(xué)可逆性。為了探究CuS/B-N-CDs 電極材料的電容性能，對(duì)CuS/B-N-CDs 電極進(jìn)行了GCD 測(cè)試，結(jié)果如圖5（b）所示。由圖5（b）可知，當(dāng)CuS/B-N-CDs 電極在電流密度1、2、5、8、10 A/g、電壓窗口0～0.34 V時(shí)，GCD 曲線(xiàn)的非線(xiàn)性形狀證實(shí)了贗電容機(jī)制是CuS/B-N-CDs 電極中電荷存儲(chǔ)的主要來(lái)源，這與CV曲線(xiàn)結(jié)果相同。此外，GCD曲線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)性較好，表明CuS/B-N-CDs電極的充放電過(guò)程可逆。

通過(guò)GCD 曲線(xiàn)得出CuS 和CuS/B-N-CDs 的比電容，如圖5（c）所示。由圖5（c）可知，當(dāng)電流密度為1 A/g時(shí)，CuS和CuS/B-N-CDs電極材料的質(zhì)量比電容分別為552.1和896.0 F/g。CuS和CuS/B-N-CDs電極材料的比電容均隨著電流密度的增大而減小，這是因?yàn)樵陔娏髅芏戎饾u增加的過(guò)程中，電極活性材料的法拉第氧化還原反應(yīng)不充分，從而降低比電容。同時(shí)，可以觀察到CuS/B-N-CDs 電極材料的比電容始終高于CuS的比電容。圖5（d）為CuS和CuS/B-N-CDs電極材料的EIS圖。由圖5（d）可知，在高頻區(qū)域，與CuS相比，CuS/B-N-CDs電極材料具有較低的電荷轉(zhuǎn)移電阻值，根據(jù)EIS圖可以計(jì)算出CuS/B-N-CDs電極材料和CuS的電荷轉(zhuǎn)移電阻分別為0.3和2.0 Ω。此外，在低頻區(qū)域，與CuS相比，CuS/B-N-CDs電極材料的EIS曲線(xiàn)斜率較大，具有較小的擴(kuò)散阻抗。綜上所述，CuS/BN-CDs電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

為進(jìn)一步探究CuS/B-N-CDs 電極在實(shí)際應(yīng)用中的電化學(xué)性能，對(duì)其進(jìn)行二電極電化學(xué)測(cè)試。使用活性炭制備負(fù)極，CuS/B-N-CDs 制備正極，組裝成CuS/B-N-CDs//AC ASC。CuS/B-N-CDs//AC ASC 可以在0～1.6 V 大電壓窗口范圍內(nèi)操作。圖6（a）和圖6（b）分別為CuS/B-N-CDs//AC ASC 的CV 曲線(xiàn)和GCD 曲線(xiàn)。由圖6（a）和圖6（b）可知，GCD曲線(xiàn)在不同電流密度下均可以保持對(duì)稱(chēng)的充放電過(guò)程，表明CuS/B-NCDs//AC ASC 具有良好的可逆性。此外，GCD 曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的， 表明CuS/B-N-CDs//AC ASC 的電容包括贗電容和雙電層電容2 部分。根據(jù)式（1）～式（4），算得在1 A/g 電流密度下，CuS/B-N-CDs//AC ASC 比電容為205.4 F/g，庫(kù)侖效率為93.9%；在功率密度806.5 W/kg 下， CuS/B-N-CDs//AC ASC 能量密度為60.7 Wh/kg。此外，當(dāng)電流密度由1 A/g 增至10 A/g時(shí)，CuS/B-N-CDs//AC ASC 仍維持90.2% 的質(zhì)量比電容，表明其具有良好的倍率性能，可以進(jìn)行快速充放電。

圖6（c）為CuS/B-N-CDs//AC ASC的循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。由圖6（c）可知，在電流密度為10 A/g時(shí)，經(jīng)過(guò)10 000次恒流充放電，CuS/B-N-CDs//AC ASC 的電容保持率達(dá)96.2%，表明CuS/B-N-CDs//AC ASC 具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，這是由于B-N-CDs緩解了CuS充放電過(guò)程體積變化過(guò)大的問(wèn)題，增強(qiáng)了CuS的穩(wěn)定性。為進(jìn)一步探究CuS/B-N-CDs//AC ASC的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)行如圖6（d）所示的點(diǎn)亮LED燈帶實(shí)驗(yàn)。由圖6（d）可知，以CuS/B-N-CDs//AC ASC組裝的柔性超級(jí)電容器連接低壓（3 V） 的LED燈帶，燈帶持續(xù)發(fā)光了80 s。

表1比較了CuS/B-N-CDs電極與其他電極的比電容、能量密度、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性。由表1 可知，CuS/B-N-CDs電極擁有與其他電極相當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)性能。不僅如此，本研究選用的制備原料是綠色、經(jīng)濟(jì)的天然生物質(zhì)大分子纖維素，這將帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益與更低的成本投入。

2. 4 儲(chǔ)能機(jī)理研究

與電池不同，贗電容超級(jí)電容器在峰值電壓上，表現(xiàn)出較小的差異，且隨著掃描速率的增加幾乎保持不變。因此，理想的贗電容超級(jí)電容器電極，如二氧化釕（RuO2），即使在極快的掃描速率下，也顯示出對(duì)稱(chēng)的氧化還原峰，這表明RuO2是一種高性能的電極材料，其高性能使得超級(jí)電容器具有高能量密度和功率密度，適用于需要快速充放電的場(chǎng)合。根據(jù)從CV曲線(xiàn)研究中獲得的動(dòng)力學(xué)信息，可以判斷電荷存儲(chǔ)過(guò)程的電容貢獻(xiàn)作用[27-28]。CuS/B-N-CDs 電極的電荷存儲(chǔ)由2部分構(gòu)成，分別為擴(kuò)散控制電容和表面控制電容。根據(jù)式（5）計(jì)算電流密度和掃描速率的線(xiàn)性關(guān)系，進(jìn)而可判斷電荷存儲(chǔ)類(lèi)型。

i = avb （5）

式中，v 為電壓掃描速率，mV/s；i 為峰電流值，A；a 和b 是可調(diào)常數(shù)。b 值可用來(lái)判斷電荷存儲(chǔ)機(jī)制的動(dòng)力學(xué)，對(duì)于擴(kuò)散控制過(guò)程，b≈0.5，而對(duì)于表面控制過(guò)程，b≈1.0。

圖7（a）為陽(yáng)極/陰極電流與掃描速率的線(xiàn)性關(guān)系，圖7（b）為陰極峰值電流與掃描速率的對(duì)數(shù)關(guān)系。由圖7（a）和圖7（b）可知，CuS/B-N-CDs 電極的陰極峰和陽(yáng)極峰在各電壓下的相關(guān)系數(shù)（R2） 分別為0.970 82和0.965 95，b 值分別為0.577 和0.670，表明CuS/BN-CDs 電極材料的電化學(xué)反應(yīng)與表面控制和擴(kuò)散控制過(guò)程均相關(guān)。

圖7（c）顯示了CuS/B-N-CDs 電極材料在5、10、25、50、100 mV/s掃描速率下，表面和擴(kuò)散控制過(guò)程的電容貢獻(xiàn)。由圖7（c）可知，掃描速率從5 mV/s增至100 mV/s 時(shí)，表面控制的電容貢獻(xiàn)也從43.2% 增至77.7%，表明CuS/B-N-CDs電極在高掃描速率下以表面電容貢獻(xiàn)為主。

3 結(jié) 論

本研究以氧化纖維素（OC） 為碳源，硼酸和氨水為摻雜劑，采用一步水熱法制備了硼氮共摻雜纖維素基碳點(diǎn)（B-N-CDs），然后采用低溫浸漬法構(gòu)筑了CuS/B-N-CDs復(fù)合材料，探究了CuS/B-N-CDs復(fù)合材料及其組裝超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。

3. 1 B-N-CDs的最佳激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為337和420 nm，平均粒徑為1.79 nm。

3. 2 B-N-CDs 組裝的非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器（CuS/BN-CDs//AC ASC）， 在1 A/g 電流密度下， 比電容為205.4 F/g，在806.5 W/kg功率密度條件下，能量密度達(dá)60.7 Wh/kg，并且在經(jīng)過(guò)10 000次充放電后，電容保持率為96.2%。

3. 3 以CuS/B-N-CDs//AC連接低壓（3 V） 的LED燈帶，燈帶持續(xù)發(fā)光時(shí)間為80 s。

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（責(zé)任編輯：魏琳珊）

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