探索纳米结构炭材料的制备和电化学电容性能

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文纳米结构炭材料的制备和电化学电容性能姓名：高秀丽申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：阎子峰20091001摘要本论文分别阐述了自组装介孔炭(MC)、微孔．介孔多级孔炭(HPC)、生物质基活性炭(AC)的合成、表征和电化学性能考察。实验采用了N2静态吸附技术和场发射扫描电子显微镜对各种材料的结构特性进行了较系统的研究。并采用循环伏安法、恒流充放电和频率响应测试对各种材料的电化学性能进行了较系统的考察。论文将材料的物化和结构参数与材料的电化学性能相关联，得出了很多具有启发意义的结果。实验中，我们采用“自组装法’’

2、以表面活性剂F127为软模板直接合成MC，结构表征显示，“自组装法"直接合成的介孔碳具有较高的比表面积和较高的孔容等特点。实验中系统考察了盐酸用量对介孔碳合成的影响。结果表明盐酸的量在合成中起着比较重要的作用，盐酸的加入显著影响酚醛树脂的聚合速度，并能影响介孔结构的生成。实验采用“后活化法”以MC为原料合成了具有微孔一介孔结构的多级孔炭。同时，以SBA．15为硬模板制备了有序介孔炭(OMC)。氮气吸附测试表明，后活化使得MC的介孔孔壁上产生了大量的微孔。而OMC具有双峰介孔结构，孔径分别集中在3nm和l0nm左右。电化学测试表明，在高的电压扫描速

3、率下及大电流充放电条件下OMC和HPC仍然具有良好的电容特性，但HPC的比电容值、比能量都显著大于OMC，这应当归功于HPC的丰富的微孔表面和微孔．介孔复合孔结构。论文还以生物质废弃物甘蔗渣为原料，以ZnCl2作为活化剂，采用微波加热法制备了系列活性炭电极材料(AC)。孔结构测试表明，当活化剂的浸渍浓度从20wt％增大到60wt％时，活性炭的孔径从2．5nnl增加到7nm。电化学测试结果表明，在离子液体电解液中，活性炭的电容特性与其孔尺寸直接相关。大的孔径尺寸有利于获得较好的电容特性。关键词：电化学电容器介孔炭比电容多级孔炭循环伏安Prepara

4、tionofNanostructuredCarbonanditsElectrochemicalCapacitivePerformancesGaoXiu—Li(ChemicalEngineering)DirectedbyPro￡YanZi-FengAbstractThisdissertationreportsthesynthesis，characterizationandelectrochemicalstudiesofmesoporouscarbon(MC)，micro-mesohierarchicalporouscarbon(HPC)，andbi

5、omass—basedactivecarbon(AC)．N2adsorptionandfieldemissionScanningElectronMicroscope(SEM)havebeenusedtocharacterizethosematerials．Cyclicvoltammetry，constantcurrentcharge—dischargeandfrequencyresponseanalysishavealsobeenusedtoinvestigatesystematicallytheelectrochemicalproperties

6、ofthosematerials．Finally，thestructureparametersofthosematerialsobtainedfromstructurecharacterizationsalecorrelatedtotheirelectrochemicalproperties．Seriesofmesoporouscarbonswerepreparedbyusingtri-blockpolymerF127assofttemplateviaself-assemblyapproach．Structurecharacterizations

7、showthelargesurfaceareaandporevolumeofthosecarbons．TheeffectofHCIascatalystontheporestructureofMChasbeeninvetigatedintensively．ResultsshowthatHCIconcentrationaffectsthegenerationofmesopores，playinganimportantroleinMCsynthesis．Akindofmicro—mesohierarchicalporouscarbons(HPC)was

8、preparedbyapost-activationapproachandalsoinvestigatedasanelectrodema