金属有机基多孔碳材料的制备及其超级电容特性研究

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1、学校代码10530学号201015081331分类号O646密级硕士学位论文金属有机基多孔碳材料的制备及其超级电容特性研究学位申请人江兰兰指导教师王先友教授学院名称化学学院学科专业化学工程研究方向化学电源二○一三年六月StudiesonpreparationandsupercapacitivebehaviorsofporouscarbonobtainedfrommetalframeworkCandidateLanlanJiangSupervisorProf.XianyouWangCollegeChemist

2、ryProgramChemicalEngineeringSpecializationElectrochemicalPowerSourcesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2013湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是在导师的指导下由本人独立研究所取得的科研成果。除了文中加以标注引用的内容外，不包含任何其他个人或集体撰写发表的科研成果。对本论文所取得的科研成果做出一定贡献的个人和集体，均已在文中明确标

3、明。本声明的一切法律后果均由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要电化学电容器(ECs)，从其原理上来讲是一种集传统电容器和电池/燃料电池种种优点于一身的新型

4、能量储存设备和转换装置，由于该装置具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点，在电信设备、便携式电子设备、备用电源系统以及混合动力汽车等领域有着广泛的应用前景。高性能电极材料的研究是发展超级电容器技术的关键所在。因具有大的比表面积的多孔碳材料在超级电容器电极材料中得到了广泛的应用。因此，本论文采用金属有机骨架化合物MOF-5作为碳前躯体或模板制备具有不同孔结构的多孔碳材料，探讨其制备工艺及进行相应的改性研究。主要的结果如下：以MOF-5为碳前躯体，在不同的温度下直接炭化制备了具有不同比表面积的多孔碳材料

5、(PCs)。通过TEM、XRD、氮气吸脱附等温线等对制备的PCs样品的物理化学性能进行表征。测试结果表明，所有制备的材料均以介孔结构为主，且为部分石墨化的多孔碳。其中，900℃炭化下制备的多孔碳材料(PC-900)具有较2-1大的BET比表面积(1000mg)及较窄的孔径分布(2-10nm)。且表现出了最佳的-1-1电化学电容特性，在6.0molLKOH电解液中，电流密度为1Ag时，它的比电-1容高达60.4Fg，5000次循环后比.电容几乎没什么衰减。为了提高材料的活性，对以MOF-5为碳前躯体，炭化温度

6、为900℃所制备的-1碳材料用16molLHNO3进行活化处理，得到了活性多孔碳材料(APC-900)。并利用红外光谱研究其表面含氧官能团的变化，同时对其进行电化学测试。结果表明：与活化前的材料PC-900相比，APC-900的比表面积及平均孔径均有所减小，但其表-1面含氧官能团明显增加，同时表现了更好的电容特性，在1mVs扫描速度下-1-1APC-900电极的比电容高达312.8Fg，而PC-900电极的比电容只有207.8Fg。以MOF-5为模板，糠醇为碳源，在900℃下制备了多孔碳材料(PC-F)。为

7、了-1改善多孔碳材料PC-F的表面结构和电化学性能，采用16molLHNO3进行活化处理，得到活性多孔碳材料(APC-F)。并对样品的物理及其电化学性能进行表征。结果表明：经过浓HNO3活化处理后的材料的表面含氧官能团增加，电化学性能-1-1明显提高，在1mVs扫描速度下APC-F电极的比电容高达317.2Fg。将APC-F多孔碳材料组装成扣式电容器，并探讨了不同水系电解液对其电-1化学性能的影响。结果表明：APC-F电容器在6molLKOH电解液中表现了最-1-1佳的电化学行为性能，在电流密度为1Ag时，

8、其比电容达到77.0Fg。关键词：超级电容器；MOF-5；多孔碳；活化；电化学性能IAbstractElectrochemicaldoublelayercapacitors(EDLCs),areanewtypeofenergystorageandconversiondevices,whichcombinewithmanykindsofadvantagesfromtraditionalcapacitorandbat