本文選題：多孔炭　切入點：多孔炭/碳納米管　出處：《新疆大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：當(dāng)今化石能源的過度消耗促使人們把目光轉(zhuǎn)向了清潔能源開發(fā),以緩解化石能源危機。能量存儲和轉(zhuǎn)換器件是能否高效利用清潔能源的關(guān)鍵。炭材料在清潔和可持續(xù)能源技術(shù)中起著非常重要的作用,多孔炭作為炭材料中重要的一員,擁有較大的比表面積、高導(dǎo)電率、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控、來源廣泛、價廉易得、物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點,受到了國內(nèi)外科研者的廣泛關(guān)注。本論文將多孔炭及其與碳納米管的復(fù)合物作為電化學(xué)電容器和鋰離子電池的活性物質(zhì)。運用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、比表面積測試(BET)、X-射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)和紅外光譜(IR)等手段對多孔炭及其復(fù)合物的組成、結(jié)構(gòu)、形貌進行了表征,運用交流阻抗(EIS)、循環(huán)伏安法(CV)和恒流充放電(CD)等技術(shù)對多孔炭及其復(fù)合物進行了電化學(xué)性能評價。系統(tǒng)地研究了多孔炭及其復(fù)合物的制備方法、形貌、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能,且達到了預(yù)期的研究目的。前言部分簡單介紹了炭材料的分類及炭材料的優(yōu)點,著重介紹了多孔炭的制備方法,多孔炭的改性方法以及多孔炭在電化學(xué)方面的主要應(yīng)用。首先,以冷凍干燥獲得的多孔胡蘿卜為碳源,經(jīng)過600 oC氮氣氛圍下炭化和KOH活化,獲得了多孔結(jié)構(gòu)的炭材料。結(jié)果表明:通過活化處理,多孔炭的比表面積從7.0 m2 g-1大幅提高到147.2 m2 g-1。而且,活化后的多孔炭產(chǎn)生了414 F g-1的最大比電容,且電流增至4 Ag-1時的電容保持率為74.5%。而未活化的多孔炭最大電容為253 F g-1,電容保持率僅為45.1%。此外,活化后的多孔炭還具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。在5 A g-1電流下循環(huán)8000圈后,其電容保持率高達94%。活化后的多孔炭在電容性能方面的極大改善與其比表面積的大幅提高及介孔的增多有密切關(guān)系。其次,通過共熱解廉價的三聚氰胺和聚乙二醇前驅(qū)體,然后刻蝕除去氧化鎂這一簡單有效的方法制備了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氮摻雜多孔炭材料。系統(tǒng)的研究了聚乙二醇-氧化鎂-三聚氰胺的比例以及熱解溫度對多孔炭的形貌、結(jié)構(gòu)和組成的影響。結(jié)果表明,多孔炭的電化學(xué)電容行為可以通過簡單調(diào)整各組分的比例和熱解溫度進行調(diào)節(jié)。當(dāng)聚乙二醇-氧化鎂-三聚氰胺的比例為10:7:3,熱解溫度為700 oC時材料表現(xiàn)為交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),具有最高的比表面積370.8 m2 g-1和1.65 cm-3 g-1的總孔容,8.54 at.%的含氮量,以及保存完好的孔結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)點有助于其在1 A-1的電流密度下獲得485 F g-1的高比電容,同時具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在5 A g-1電流密度下經(jīng)過8000循環(huán)后,材料的比電容并沒有衰減�；谠蟻碓磸V泛,制備方法簡單和電化學(xué)性能優(yōu)異,這種具有分級結(jié)構(gòu)孔道結(jié)構(gòu)的氮摻雜網(wǎng)絡(luò)狀炭材料有望在實際中得到應(yīng)用。最后,探索制備了多孔炭/碳納米管復(fù)合材料。以上一章制備的多孔炭為基礎(chǔ)通過在前驅(qū)體中添加不同比例的碳納米管,經(jīng)炭化-酸刻蝕氧化鎂后成功制備出一系列多孔炭/碳納米管復(fù)合材料。物性測試結(jié)果顯示,多孔炭和碳納米管之間形成了比較理想的復(fù)合結(jié)構(gòu),同時具有較大的比表面積,最高可以達到1015.2m2 g-1。電化學(xué)測試的結(jié)果表明,合適的碳納米管添加量可以有效降低復(fù)合材料的傳荷電阻(Rct)。碳納米管的添加量為3 wt.%時,復(fù)合材料PC@3%CNT具有最低的傳荷電阻(70.5Ω)和最高的比容量,在200 m A g-1的電流密度下,經(jīng)過100圈循環(huán)后容量沒有出現(xiàn)衰減,保持在714.5 m Ah g-1。因此,該復(fù)合物有望作為鋰離子電池負極材料,也為其它的多孔炭/碳納米管復(fù)合物的制備提供了新思路。
[Abstract]:The excessive consumption of fossil energy prompted people to turn to the development of clean energy, to alleviate the crisis. The fossil energy storage and energy converter is the key whether efficient use of clean energy. Carbon material plays a very important role in the clean and sustainable energy technology, porous carbon as an important member in carbon materials, have the large surface area, high conductivity, the pore structure can be regulated, wide source, cheap, has the advantages of stable physical and chemical properties, has attracted wide attention of domestic surgical research. This thesis will compound porous carbon and carbon nanotubes as an active material for electrochemical capacitor and lithium ion battery. By using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), n2adsorption (BET), X- ray diffraction (XRD), X ray photoelectron spectroscopy (XPS) and infrared spectroscopy (IR) and other means of porous carbon and Its Composites Group A structure, morphology were characterized by AC impedance (EIS), cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge discharge (CD) technology for the evaluation of electrochemical performance of porous carbon and its composites. The morphology of the preparation method, systematic study of porous carbon and its composite structure, and its electrochemical performance, and the purpose of the study is achieved. The introduction part introduces the classification and advantages of carbon materials, carbon materials, with emphasis on the preparation of porous carbon, the main application of modification methods of porous carbon and porous carbon in electrochemical aspects. First, to freeze dry porous carrots as the carbon source, through the 600 oC under nitrogen atmosphere carbonization and activation of KOH, the carbon material with porous structure. The result indicates that the activation of the porous carbon surface area from 7 m2 to 147.2 M2 g-1 significantly increased g-1. and porous carbon after activation produced 414 F G -1 the maximum specific capacitance, and the capacitance current to 4 Ag-1 when the maximum retention rate of capacitance of porous carbon was 74.5%. without activation of the 253 F g-1, capacitance retention rate is only 45.1%. in addition, porous carbon after activation also has excellent electrochemical stability. 8000 cycles at 5 A g-1 current, its capacitance keep the great improvement rate of 94%. after activation of the porous carbon in terms of performance and capacitance than the increase of surface area and mesopore more closely. Secondly, by CO pyrolysis of cheap melamine and polyethylene glycol precursor, and then etched Magnesium Oxide this simple and effective method of preparing nitrogen doped porous carbon materials the crosslinking network structure. Systematic Study on the morphology of polyethylene glycol - Magnesium Oxide - melamine and the ratio of pyrolysis temperature on porous carbon, influence of structure and composition. The results show that the porous carbon for electrochemical capacitor As can be adjusted by simply adjusting the proportion of each component and the pyrolysis temperature. When the PEG - Magnesium Oxide - Melamine ratio 10:7:3, pyrolysis temperature is 700 oC when the material behaves as the crosslinking network structure, compared with the total pore surface area of 370.8 M2 g-1 and 1.65 cm-3 g-1 is the highest, the nitrogen content of 8.54 at.% the well preserved pore structure. These advantages can get 485 F g-1 in the high capacitance current density at 1 A-1, and also has good cycle stability. After 8000 cycles at 5 A g-1 current density, material specific capacitance and no attenuation. Based on the wide sources of raw materials, preparation the preparation method is simple and has excellent electrochemical properties, the hierarchical structure of the pore structure of nitrogen doped carbon materials network is expected to be applied in practice. Finally, explore the porous carbon / carbon nanotube composite material was prepared. The above chapter system The preparation of porous carbon based by adding different proportion in the precursor of carbon nanotubes by carbonization and etching after Magnesium Oxide successfully prepared a series of porous carbon / carbon nanotube composite material. Test results show that the composite ideal structure formed between the porous carbon and carbon nanotubes, and high the specific surface area, the maximum can reach 1015.2m2 g-1. electrochemical test results show that the appropriate amount of carbon nanotubes can effectively reduce the charge transfer resistance of composite materials (Rct). The addition of carbon nanotubes is 3 wt.%, PC@3% composite, CNT has the lowest charge transfer resistance (70.5) and the highest specific capacity. At a current density of 200 m A g-1, after 100 cycles the capacity does not appear to decay, maintained at 714.5 m Ah g-1., therefore, the compound could be used as anode materials for lithium ion batteries, but also for other porous carbon / carbon nano The preparation of tube complex provides a new way of thinking.

【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB332

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