本文關(guān)鍵詞：酚醛樹脂基微孔炭的設(shè)計(jì)、合成及其超電容和二氧化碳吸附性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微孔炭材料在超級(jí)電容器和二氧化碳捕集領(lǐng)域已經(jīng)表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。研究表明,碳材料的孔尺寸和分布與所選電解液的離子尺寸相匹配是超級(jí)電容器保持優(yōu)異電容性能的必要條件之一,豐富的微孔和氮元素?fù)诫s可以有效提高微孔炭對(duì)二氧化碳溫室氣體的吸附性能。本文以酚醛樹脂為碳源,制備了兩類酚醛樹脂基微孔炭,并研究了所制備微孔炭材料的超電容性能和二氧化碳吸附性能。以2,4-二羥基苯甲酸和甲醛為原料,不同堿金屬氫氧化物作為催化劑,首先制備了酚醛樹脂羧酸鹽,直接熱解羧酸鹽制備了孔分布集中且孔尺寸可調(diào)的微孔炭材料(MACs)。利用樹脂酚環(huán)上高度分散的活化能力不同的堿金屬離子,實(shí)現(xiàn)了微孔尺寸的精確調(diào)控,且隨活化離子半徑增大,微孔平均尺寸從0.63增大到0.76 nm。系統(tǒng)的電化學(xué)研究表明,影響MACs電容性能最為重要的因素是其孔尺寸與電解液離子的匹配程度。在KOH電解液中,所制備的MACs在較高的電流密度和頻率下均具有較高的電容保持率,其中CsAC具有最好的超電容性能,電容值高達(dá)221.6 F g-1,10 000次恒流充放電測(cè)試循環(huán)結(jié)束后,其電容值幾乎保持不變,保持率高達(dá)98%;在EMIMBF4電解液中,超級(jí)電容器可以提供更高的能量密度,測(cè)試溫度60°C時(shí),Cs AC的電容值高達(dá)222.1 F g-1,相應(yīng)的能量密度高達(dá)30.8 Wh kg-1。二氧化碳吸附結(jié)果表明,微孔孔容對(duì)其吸附性能起到?jīng)Q定性作用。在25°C和1 bar的條件下,CsAC的CO2吸附量高達(dá)5.19 mmol g-1,且其CO2/N2選擇性為18,并具有穩(wěn)定的循環(huán)再生性。以3-氨基酚和甲醛為原料,KOH作為催化劑和活化劑,直接熱解酚醛樹脂干凝膠,制備了一系列微孔尺寸集中分布的氮雜微孔炭材料(NMC-x)。通過SEM、EDS、XRD和XPS等表征手段對(duì)炭材料的結(jié)構(gòu)、形貌及表面性質(zhì)作了分析。結(jié)果顯示,所制備的NMC-x氮含量在1.3-3.8 at%之間,微孔尺寸精確控制在0.50-0.58 nm之間,且隨碳化溫度的增加,NMC-x的表面含氮官能團(tuán)逐漸減少,微孔尺寸同時(shí)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。電化學(xué)研究表明,氮含量最高的NMC-600比電容值最大,達(dá)195.4 F g-1,NMC-700具有最優(yōu)的比電容值保持率,表明雜原子(主要是N元素)摻雜對(duì)超級(jí)電容器電極材料的電容性能影響較大。二氧化碳吸附結(jié)果表明,NMC-x具有優(yōu)異的低壓二氧化碳吸附性能,其中,NMC-600在25°C和0.15 bar的條件下,二氧化碳吸附量高達(dá)1.67 mmol g-1,該數(shù)值遠(yuǎn)高于同等條件下其他碳材料對(duì)二氧化碳的吸附量。同時(shí),NMC-600對(duì)二氧化碳吸附具有優(yōu)越的選擇性,其CO2/N2選擇性為50,三次循環(huán)測(cè)試表明NMC-x具有穩(wěn)定的循環(huán)再生性。
【關(guān)鍵詞】：酚醛樹脂 微孔炭 氮摻雜 超級(jí)電容器 二氧化碳吸附
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O647.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 碳材料簡(jiǎn)介9
• 1.2 碳材料研究進(jìn)展9-11
• 1.2.1 多孔炭9-10
• 1.2.2 碳納米管10-11
• 1.2.3 石墨烯11
• 1.3 多孔炭的應(yīng)用11-12
• 1.4 多孔炭在超級(jí)電容器的應(yīng)用12-13
• 1.5 多孔炭在CO_2吸附的應(yīng)用13-14
• 1.6 本課題選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法16-22
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器16-17
• 2.2 材料表征及分析17-19
• 2.2.1 材料形貌觀測(cè)17
• 2.2.2 材料結(jié)構(gòu)表征17-18
• 2.2.3 材料表面性質(zhì)分析18-19
• 2.3 超電容性能測(cè)試19-21
• 2.3.1 電極的制備19
• 2.3.2 循環(huán)伏安法19
• 2.3.3 恒流充放電法19-20
• 2.3.4 交流阻抗法20
• 2.3.5 循環(huán)壽命測(cè)試20-21
• 2.4 二氧化碳吸附性能測(cè)試21-22
• 2.4.1 二氧化碳吸附測(cè)試21
• 2.4.2 吸附熱的計(jì)算21-22
• 第三章 MAC系列微孔炭的制備及其超電容和CO_2吸附性能22-40
• 3.1 前言22
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分22-23
• 3.2.1 酚醛樹脂的制備22-23
• 3.2.2 MACs的制備23
• 3.3 結(jié)果與討論23-39
• 3.3.1 MACs形貌表征23-25
• 3.3.2 MACs結(jié)構(gòu)表征25-28
• 3.3.3 水系電解液中MACs的超電容性能研究28-32
• 3.3.4 離子電解液中MACs的超電容性能研究32-36
• 3.3.5 MACs的CO_2吸附性能研究36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 NMC系列氮摻雜微孔炭的制備及其超電容和CO_2吸附性能40-53
• 4.1 前言40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 4.3 結(jié)果與討論41-52
• 4.3.1 NMC-x形貌表征41-43
• 4.3.2 NMC-x結(jié)構(gòu)表征43-45
• 4.3.3 NMC-x表面特性分析45-48
• 4.3.4 NMC-x的超電容性能研究48-50
• 4.3.5 NMC-x的CO_2吸附性能研究50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-60
• 在學(xué)期間公開發(fā)表的論文60-61
• 致謝61

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