改性炭气凝胶的制备及结构性能研究

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1、摘要改性炭气凝胶的制备及结构性能研究炭气凝胶是一种新型多孔炭材料，具有低密度、连续孔结构、高比表面积和高导电性等优点。由于炭气凝胶独特的微观结构(由碳纳米颗粒及纳米孔组成)，可被用于超级电容器的电极，先进催化剂的载体，色谱仪的填料，吸附剂等。本论文采用添加致孔剂、负载金属、成球等手段制备新型改性炭气凝胶，研究致孔剂、金属等对炭气凝胶的结构性能及电化学性能的影响。具体包括以下四个方面：1、以间苯二酚、甲醛为原料，可溶性淀粉为致孔剂，经过溶胶一凝胶、溶剂置换、超临界干燥和在1000*C惰性气氛下热解，最终形成淀粉改性的炭气凝胶。讨论了不同含量淀粉的加入对炭

2、气凝胶的结构和电化学性能的影响。结果表明：在炭化过程中，淀粉被裂解掉：淀粉改性对比表面积的提高有限，比表面积从403m2／g增加到468m2／g；在一定范围内(<6％)，可溶性淀粉的加入对原炭气凝胶的孔径分布基本没有影响，且提高了样品的比电容，比电容最高可达到151．7F／g。2、以间苯二酚、甲醛为原料，添加适量的十二烷基苯磺酸钠，再加入不同浓度的乙酸镍溶液，在85"C水浴中聚合；经溶胶一凝胶、溶剂置换、常压干燥和1000。C氮气气氛下热解，得到负载不同含量金属Ni的炭气凝胶。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X一射线衍射(XRD)、比表面积

3、及孔径分析(BET)、直流充放电测试和循环伏安曲线等手段，对比北京化工大学硕士学位论文讨论了负载不同含量金属Ni对炭气凝胶的结构和性能的影响。结果表明，这种方法可以均匀地将Ni纳米粒子分散于炭气凝胶中；适量的金属Ni可使炭气凝胶的比表面积及充放电性能得到显著提高；如负载Ni含量过高则炭气凝胶石墨化程度增加。3、以间苯二酚、甲醛为反应单体，加入铜氨溶液，在不同体系中经过反相悬浮聚合，形成球状有机凝胶，再经过溶剂置换、超临界干燥和氮气气氛保护下热解，制得负载金属铜的球状炭气凝胶。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X一射线衍射(XRD)、比表面积及

4、孔径分析(BET)等手段，研究了纳米铜粒子在炭气凝胶中的分布及其结构性能情况。结果表明：利用铜氨法制备的球状炭气凝胶，其中的纳米铜粒子分布均匀，且球状炭气凝胶粒径分布均匀，机械强度较高；对比表面积有一定提高，可达460m2／g。4、以苯酚、间苯二酚和甲醛为原料，加入催化剂，在75℃水浴下以食用油和司班80为反应介质，经过反相悬浮聚合，形成球状有机凝胶；再经过不同浓度的金属盐溶液(硝酸铜、硝酸锰和钛酸丁酯)浸泡，丙酮置换，超临界干燥，炭化等工艺，制成负载金属的球状炭气凝胶。经过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X一射线衍射(XRD)、比表面积及孔径

5、分析(BET)和充放电测试等手段，研究了金属的加入对原球状炭气凝胶的影响。结果表明：金属的引入，使原有球状炭气凝胶的比表面积有所下降，且金属含量越高，下降越多；同时金属含量增加，使炭气凝胶的孔径有向微中孔发展的趋势。浸渍法负载金属，最大程度地保持了原球状炭气凝胶的的强度，以及对球形度和外观形貌无明显影响。铜粒子多镶嵌在球体表Ⅱ摘要面，在负载锰的球状炭气凝胶内部有分散均匀的锰粒子，大部分呈非结晶状态。金属的负载总体上使得这几种炭气凝胶的比电容下降，但对于电化学性能的稳定性及良好的充放电循环性方面，没有明显的影响。关键词：炭气凝胶，淀粉改性，金属负载，球状

6、炭气凝胶，电化学性能珊北京化工大学硕士学位论文PREPARATION，STRUCTUREANDPROPERTIESOFMODInEDCARBONAEROGELSABSTRACTCarbonaerogels(CAs)arenovelmesoporousmaterialswithmanyinterestingproperties，suchaslowmassdensities，continuousporosities，highsurfaceareas，andhighelectricalconductivity．Becauseoftheiruniquemicr

7、ostructuresconsistingofcarbonnano-particlesandnano-pores，CAswereexpectedtobeappliedaselectrodesforsupercapacitors，advancedcatalystsupports，chromatographicpacking，adsorbentsandSOon．Inthispaper，carbonaerogelsmodifiedwithsolublestarchandmetalswerepreparedtounderstandtherelationship

8、betweenthestructuresandelectrochemicalpropertie