本文關(guān)鍵詞：不同形貌有序介孔碳的制備與表征

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【摘要】：由于碳具有不同的同素異形體（石墨、金剛石、富勒烯和碳納米管等），不同的微觀結(jié)構(gòu)（有序或無序），不同的石墨化程度，不同的存在形式（粉末、纖維、泡沫、薄膜和復合材料等），豐富多樣的維數(shù)（從0維到3維）。因此，它們在電化學領(lǐng)域的應用中具有巨大的優(yōu)勢，特別是能量的存儲。除此之外，碳材料都是環(huán)保的，尤其是多孔碳材料，，由于其獨特的物理化學性能，包括表面疏水性、比表面積大、孔隙率高、孔體積大、耐腐蝕性強、良好的機械穩(wěn)定性、容易加工、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性以及相對較低的成本。這些優(yōu)越的性能使其在作為超級電容器的電極材料方面具有巨大的優(yōu)勢�；钚蕴�、炭黑、炭氣凝膠和碳納米管作為電極材料已被廣泛研究。增加碳電極材料電容常用的方法，主要是制備具有適當孔徑大小和高表面積的碳材料。特別是近年來多孔碳中高度有序的介孔碳（OMCs），由于它在甲烷和氫氣儲存、吸附、催化劑載體、電化學雙電層電容器（EDLCs）的廣泛應用而備受人們關(guān)注。 在大量實際應用中，人們越來越意識到控制有序介孔碳材料形貌的重要性。不僅不同應用領(lǐng)域?qū)Σ牧闲蚊驳囊蟛煌彝ㄟ^控制形貌還可使材料獲得新的應用領(lǐng)域。到目前為止，人們己經(jīng)制備出了多種形態(tài)的有序介孔碳材料，例如纖維、球形和膜等。但制備方法多集中于兩步硬模板法，兩步硬模板法存在先制備出硬模板，后對模板孔道進行反復填充等環(huán)節(jié)。制備工藝繁瑣、耗時較長，使其實際應用受到很大限制。因此，迫切需要尋找簡單、可行的方法來控制有序介孔碳的形貌。一步硬模板法，由于在硬模板生成的同時就完成了碳源的填充，避免了兩步法耗時的環(huán)節(jié)，同時不用除去昂貴的表面活性劑，節(jié)約了資源，因此在有序介孔碳制備中受到人們的青睞。本文利用一步硬模板法，合成了多種形貌的有序介孔碳。主要研究結(jié)果如下： （1）以TEOS為硅源，P123和乙二醇為碳源，P123為結(jié)構(gòu)導向劑。首先，在不同濃度的鹽酸體系下制備P123/乙二醇/SiO2復合物。其次，用濃硫酸對其交聯(lián)高溫碳化。最后，用氫氟酸除去SiO2得到了棒狀、圓球形、“U”字形、“銀耳”狀等多種形貌的有序介孔碳。在表征和分析各種不同形貌的有序介孔碳的基礎(chǔ)上，對有序介孔碳的合成機理進行了初步探索。 （2）通過改變季戊四醇與P123的質(zhì)量比，直接炭化硫酸交聯(lián)的P123/季戊四醇/SiO2復合物，后經(jīng)氫氟酸除硅，制備了長度可調(diào)的棒狀有序介孔碳。考察了季戊四醇的添加量對介孔碳樣品形態(tài)和孔道有序性的影響，當季戊四醇與P123的質(zhì)量比在0:1-1:1范圍內(nèi)時，有棒狀碳材料產(chǎn)生，且隨季戊四醇量的增大材料的有序性降低，當質(zhì)量比增大到2:1時得到的是孔道無序的不規(guī)則炭塊。以制得的棒狀有序介孔碳作為電極材料，詳細研究了材料的電化學性能與其孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系。結(jié)果清楚地表明，短棒狀的介孔碳能提供一個更有利于電解質(zhì)離子滲透和運輸?shù)目紫督Y(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出更好的電容性能。
【關(guān)鍵詞】：介孔碳 形貌 模板 自組裝 電容器
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：O611.4;O613.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-33
• 1.1 前言12-14
• 1.2 有序介孔碳的合成方法14-20
• 1.2.1 模板法14-20
• 1.3 有序介孔碳的應用20-23
• 1.3.1 工業(yè)催化21-22
• 1.3.2 雙電層電容器22-23
• 1.4 有序介孔碳的形貌控制23-24
• 1.5 選題意義及研究內(nèi)容24-25
• 1.5.1 選題意義24
• 1.5.2 研究內(nèi)容24-25
• 參考文獻25-33
• 第二章 實驗方法及原理33-40
• 2.1 主要化學試劑及原材料33
• 2.2 主要儀器設(shè)備33-34
• 2.3 電極的制作34-35
• 2.4 樣品的表征及測試方法35-39
• 2.4.1 樣品的表征35-37
• 2.4.2 電極材料的電化學測試37-39
• 參考文獻39-40
• 第三章 P123/乙二醇/SiO2直接炭化制備不同形貌的有序介孔碳40-61
• 3.1 引言40-41
• 3.2 不同形貌有序介孔碳的制備41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-54
• 3.3.1 XRD 譜圖分析42-45
• 3.3.2 SEM 圖片分析45-48
• 3.3.3 TEM 圖片分析48-52
• 3.3.4 FTIR 分析52-53
• 3.3.5 N2吸附脫附曲線分析53-54
• 3.4 小結(jié)54-55
• 參考文獻55-61
• 第四章 P123/季戊四醇/SiO2直接炭化制備長度可控的棒狀有序介孔碳61-78
• 4.1 引言61-62
• 4.2 不同長度棒狀有序介孔碳的制備62-63
• 4.3 結(jié)果與討論63-71
• 4.3.1 XRD 譜圖分析63-66
• 4.3.2 TEM 圖片分析66-68
• 4.3.3 SEM 圖片分析68-70
• 4.3.4 FTIR 分析70-71
• 4.3.5 N2吸附脫附曲線分析71
• 4.4 雙電層電容器性能測試71-74
• 4.4.1 恒流充放電測試71-72
• 4.4.2 循環(huán)伏安測試72-73
• 4.4.3 交流阻抗測試73-74
• 4.5 小結(jié)74-75
• 參考文獻75-78
• 致謝78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李劍;王杉;譚曉宇;楊麗娜;;介孔炭的合成及應用研究進展[J];化學工業(yè)與工程;2010年03期

2 宋懷河;李麗霞;陳曉紅;;有序介孔炭的模板合成進展[J];新型炭材料;2006年04期

本文編號：523696