本文關鍵詞：ZIF-8復合材料基氮摻雜多孔碳的制備及其電化學性能研究

  更多相關文章： ZIF-8 十六烷基三甲基溴化銨 聚乙烯吡咯烷酮 電催化氧還原 電容

【摘要】：ZIF-8作為金屬有機框架化合物之一,因其具有豐富的氮原子、較高的比表面積、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,被用作制備氮摻雜多孔碳材料的模板或前驅體。氮摻雜多孔碳材料因其既具有較高的比表面積和孔體積,又含有豐富的氮原子,被廣泛應用于電催化氧還原和超級電容器等領域。本論文分別采用陽離子表面活性劑和聚合物來調(diào)控ZIF-8的生長,并成功制備了ZIF-8的復合物。將復合物在高溫碳化得到氮摻雜多孔碳材料,研究了這些氮摻雜多孔碳材料的電催化氧還原活性和電容性能。在水溶液中,采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)調(diào)控ZIF-8的生長,并制備了具有核殼結構的ZIF-8@CTAB復合物。高溫碳化ZIF-8@CTAB得到了氮摻雜多孔碳材料(命名為PC1000@C)。與高溫直接碳化純ZIF-8得到的多孔碳材料(命名為PC1000)相比,PC1000@C是具有多級微孔/介孔結構、高比表面積和大孔體積的氮摻雜碳材料,此材料具有很好的電催化氧還原活性。通過不同電流密度的充放電曲線計算得到多孔碳材料的比電容值,PC1000@C在電流密度為0.5A g-1時具有較大的比電容值225 F g-1,并且在1000個充放電循環(huán)后電容值仍保持初始電容值的92%。設計并合成了ZIF-8與聚乙烯吡咯烷酮的復合物ZIF-8@PVP,將復合物在不同溫度下高溫碳化得到氮摻雜的多孔碳材料CPT(T=800、900、1000),并對它們在堿性電解液中的電催化氧還原活性和作為超級電容器電極材料的電容性能進行研究。CP1000具有最高的比表面積、孔體積和最高含量的石墨氮,所以CP1000有最高的電催化氧還原活性和最大的比電容值(在電流密度為1 A g-1時的比電容最大為198 F g-1)。通過調(diào)節(jié)ZIF-8和PVP的配比,合成了三種具有不同粒徑和氮含量的ZIF-8@PVP-n(n=1、2、3)復合物,將其在1000℃碳化得到氮摻雜多孔碳材料CP1000-n(n=1、2、3),并對它們的電催化氧還原活性和電容性能進行表征。同高溫直接碳化純ZIF-8得到的多孔碳材料(命名為C1000)相比,CP1000-n有更高的比表面積、孔體積和高含量的石墨氮,這些性質使其具有很好的催化活性和很好的電容性能。
【關鍵詞】：ZIF-8 十六烷基三甲基溴化銨 聚乙烯吡咯烷酮 電催化氧還原 電容
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB383.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 緒論10-29
• 1.1 多孔碳材料10-17
• 1.1.1 多孔碳材料概述10-14
• 1.1.2 氮摻雜多孔碳材料簡介14-16
• 1.1.3 氮摻雜多孔碳材料的制備16-17
• 1.2 沸石咪唑酯骨架結構材料17-24
• 1.2.1 金屬有機框架化合物簡介18-21
• 1.2.2 ZIF-8 結構、制備及應用21-24
• 1.3 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料24-27
• 1.3.1 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的制備24-25
• 1.3.2 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的電催化性能研究25-26
• 1.3.3 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的電容性能研究26-27
• 1.3.4 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的其它性能研究27
• 1.4 選題思想及意義27-29
• 第二章 基于核殼結構ZIF-8@CTAB復合物的氮摻雜多級孔碳材料的制備及其電化學性能研究29-45
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實驗部分30-33
• 2.2.1 實驗試劑及設備30-31
• 2.2.2 ZIF-8 的合成31
• 2.2.3 ZIF-8@CTAB的合成31-32
• 2.2.4 多孔碳材料PC1000和PC1000@C的制備32
• 2.2.5 工作電極的制備32
• 2.2.6 物理表征32-33
• 2.2.7 電化學性能表征33
• 2.3 結果與討論33-44
• 2.3.1 ZIF-8@CTAB的物理性質表征33-35
• 2.3.2 多孔碳材料PC1000和PC1000@C的物理性質表征35-38
• 2.3.3 多孔碳材料PC1000和PC1000@C的電化學性質表征38-44
• 2.3.3.1 電催化氧還原38-41
• 2.3.3.2 作為超級電容器的電極材料41-44
• 2.4 結論44-45
• 第三章 不同碳化溫度的ZIF-8@PVP復合物基氮摻雜多孔碳材料的制備及其電化學性能的研究45-59
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實驗部分46-49
• 3.2.1 實驗試劑及設備46-47
• 3.2.2 ZIF-8@PVP的合成47
• 3.2.3 多孔碳材料CPT的制備47-48
• 3.2.4 工作電極的制備48
• 3.2.5 物理表征48-49
• 3.2.6 電化學性能表征49
• 3.3 結果與討論49-58
• 3.3.1 ZIF-8@PVP的物理性質表征49-50
• 3.3.2 多孔碳材料CPT的物理性質表征50-53
• 3.3.3 多孔碳材料CPT的電化學性質表征53-58
• 3.3.3.1 電催化氧還原53-55
• 3.3.3.2 作為超級電容器的電極材料55-58
• 3.4 結論58-59
• 第四章 不同原料配比的ZIF-8@PVP復合物基氮摻雜多孔碳材料的制備及其電化學性能的研究59-75
• 4.1 引言59-60
• 4.2 實驗部分60-63
• 4.2.1 實驗試劑及設備60-61
• 4.2.2 ZIF-8 的合成61
• 4.2.3 不同配比的ZIF-8@PVP-n的合成61
• 4.2.4 多孔碳材料C1000和CP1000-n的制備61-62
• 4.2.5 工作電極的制備62
• 4.2.6 物理性質表征62-63
• 4.2.7 電化學性能表征63
• 4.3 結果與討論63-73
• 4.3.1 ZIF-8@PVP-n的物理性質表征63-65
• 4.3.2 多孔碳材料CP1000-n的物理性質表征65-68
• 4.3.3 多孔碳材料CP1000-n的電化學性質表征68-73
• 4.3.3.1 電催化氧還原68-70
• 4.3.3.2 作為超級電容器的電極材料70-73
• 4.4 結論73-75
• 結論75-77
• 參考文獻77-87
• 致謝87-88
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄88-90

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本文編號：545127