本文關鍵詞：含N,B,P有機化合物修飾碳材料的合成及性質(zhì)研究

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【摘要】：本文以葡萄糖為碳源,丙烯酸為功能添加劑,采用水熱法合成了大小均一表面帶有多羧基官能團的富羧基碳球(CCS)。以富羧基碳球(CCS)為原料,通過偶聯(lián)劑1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)將乙二胺連接到碳球表面生成修飾碳球,再與2-甲�；脚鹚岷蛠喠姿岫阴シ磻铣闪吮讲⑴鸬s戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能碳球,考慮了不同反應物用量和反應時間對反應的影響,進行反應條件優(yōu)化,并將上述反應中的乙二胺換成丁二胺和己二胺分別進行上述反應,得到相應的功能化碳球。通過元素分析選出氮含量最高的功能碳球A,并通過紅外光譜、掃描電子顯微鏡和能譜分析進行表征。接著將功能碳球制成工作電極,以0.1 M/L的KOH溶液為電解液,操作電壓范圍為-0.25～0.35 V,進行電化學性質(zhì)測試,結果顯示,在0.2 A·g-1的電流密度下的比電容達到86 F·g-1,相對于修飾前CCS的比電容37 F·g-1有較大的提高。以功能化碳球A為研究對象,將其分別在300℃.500℃.700℃.900℃和1100℃下進行高溫碳化,產(chǎn)物分別命名為A-300、A-500、A-700、A-900、A-1100,通過掃描電子顯微鏡進行表征,并研究其電化學性質(zhì),經(jīng)過對比得出結論,在900℃下碳化得到的功能碳材料性能較好,功能化碳材料A-900在0.2A·g-1的電流密度下的比電容達到149 F·g-q。考慮了KOH對碳材料活化的影響,將富羧基碳球CCS與KOH分別以3：1、2：1、1：1、1：2、1：3的質(zhì)量比混合后300℃高溫活化,得到不同形貌的碳球原料,經(jīng)偶聯(lián)劑EDC將乙二胺連接到碳球表面生成修飾碳材料,再與2-甲�；脚鹚岷蛠喠姿岫阴シ磻铣闪吮讲⑴鸬s戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能化碳材料,對應由不同KOH質(zhì)量比(3：1、2：1、1：1、1：2、1：3)活化的碳球原料制備的功能化碳材料分別命名為B、C、D、E、F,最后將上述產(chǎn)物分別在300℃、500℃、700℃、900℃和1100℃下進行高溫碳化,得到產(chǎn)物B-300～1100℃、C-300～1100℃、D-300～1100℃、E-300～1100℃、F-30～1100℃。分別測試各產(chǎn)物的電化學性能,其中電化學性能最好的功能碳材料C-900比電容達到299F·g-1,將其組成對稱型超級電容器,以0.1 M/L的KOH溶液為電解液,0.2A·g-1的電流密度下的比電容達到191 F·g-1,經(jīng)循環(huán)充放電500次后保持率為90.6%。
【關鍵詞】：碳球 有機修飾 硼氮雜環(huán) 磷酸酯 比電容
【學位授予單位】：遼寧大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 引言15-26
• 0.1 碳的概述15
• 0.2 碳球的概述15-18
• 0.2.1 碳球的合成方法16-17
• 0.2.1.1 溶劑(水)熱法16-17
• 0.2.1.2 化學氣相沉積法17
• 0.2.1.3 模板法17
• 0.2.2 碳球的功能化修飾17-18
• 0.3 超級電容器的概述18-21
• 0.3.1 超級電容器的產(chǎn)生18
• 0.3.2 超級電容器的工作原理及分類18-20
• 0.3.3 超級電容器的特點20-21
• 0.3.4 超級電容器的發(fā)展與現(xiàn)狀21
• 0.4 超級電容器電極材料的發(fā)展現(xiàn)狀21-23
• 0.4.1 碳基材料電極21-22
• 0.4.1.1 活性炭電極材料21-22
• 0.4.1.2 碳納米管電極材料22
• 0.4.1.3 活性炭纖維電極材料22
• 0.4.1.4 碳氣凝膠電極材料22
• 0.4.2 金屬氧化物電極22
• 0.4.3 導電聚合物電極22
• 0.4.4 復合材料電極22-23
• 0.4.5 雜原子摻雜碳材料電極23
• 0.5 本文的選題意義和主要研究內(nèi)容23-25
• 本文實驗流程圖25-26
• 第1章 碳球的功能化修飾及其性質(zhì)研究26-57
• 1.1 實驗試劑與儀器26-28
• 1.1.1 實驗試劑26-27
• 1.1.2 實驗儀器27-28
• 1.2 實驗部分28-33
• 1.2.1 富羧基碳球(CCS)的合成28
• 1.2.2 苯并硼氮雜戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能化碳球A的合成28-30
• 1.2.3 苯并硼氮雜戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能化碳球A’的合成30-32
• 1.2.4 苯并硼氮雜戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能化碳球A”的合成32-33
• 1.3 產(chǎn)物的表征與分析33-39
• 1.3.1 元素分析33-35
• 1.3.2 紅外光譜35-36
• 1.3.3 掃描電子顯微鏡測試36-37
• 1.3.4 能譜分析37-39
• 1.4 電化學性質(zhì)分析39-44
• 1.4.1 實驗裝置39
• 1.4.2 工作電極的制備39-40
• 1.4.3 循環(huán)伏安測試40-41
• 1.4.4 恒電流充放電測試41-44
• 1.5 功能化碳球的高溫碳化及其性質(zhì)研究44-55
• 1.5.1 乙二胺修飾的功能化碳球a的碳化44-48
• 1.5.1.1 掃描電子顯微鏡測試44-45
• 1.5.1.2 循環(huán)伏安測試45-46
• 1.5.1.3 恒電流充放電測試46-48
• 1.5.2 苯并硼氮雜戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能化碳球A的碳化48-53
• 1.5.2.1 掃描電子顯微鏡測試49-50
• 1.5.2.2 循環(huán)伏安測試50-51
• 1.5.2.3 恒電流充放電測試51-53
• 1.5.3 交流阻抗測試53-54
• 1.5.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試54-55
• 1.6 本章小結55-57
• 第2章 碳材料的KOH刻蝕、功能化修飾及性質(zhì)研究57-85
• 2.1 實驗試劑與儀器57-59
• 2.1.1 實驗試劑57-58
• 2.1.2 實驗儀器58-59
• 2.2 實驗部分59-61
• 2.2.1 KOH刻蝕碳材料的制備59
• 2.2.2 苯并硼氮雜戊環(huán)磷酸酯化合物修飾的功能化碳材料B、C、D、E、F的制備59-60
• 2.2.3 碳化60-61
• 2.3 電化學性質(zhì)分析61-75
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試61-66
• 2.3.2 恒電流充放電測試66-72
• 2.3.3 交流組抗測試72-73
• 2.3.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試73-75
• 2.4 功能化碳材料的表征與分析75-80
• 2.4.1 紅外光譜75-76
• 2.4.2 元素分析76
• 2.4.3 掃描電子顯微鏡76-79
• 2.4.4 能譜分析79-80
• 2.5 對稱型超級電容器的電化學研究80-83
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試80-81
• 2.5.2 恒電流充放電測試81-82
• 2.5.3 循環(huán)穩(wěn)定性測試82-83
• 2.6 本章小結83-85
• 第3章 結論85-86
• 致謝86-87
• 參考文獻87-89

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