【摘要】：本論文從碳前軀體的分子工程學設計出發(fā),以酚醛樹脂為基礎,設計合成氮硫摻雜酚醛樹脂酚鹽或烷氧基取代酚醛樹脂,通過以-O-K+形式存在的單分散K+或樹脂酚環(huán)上烷氧基為造孔劑,直接熱解制備微孔分布集中的納米孔炭材料,利用樹脂酚環(huán)上不同鏈長烷氧基的空間效應差別,實現(xiàn)碳材料微孔尺寸的精確調控。研究碳材料微孔尺寸與烷氧基空間效應之間的關系,揭示酚醛樹脂基碳材料微孔尺寸的調控規(guī)律。并研究了所制備碳材料在超級電容器中的應用。具體研究為:1.集中分布的微孔孔道和雜原子摻雜是提升多孔炭材料電容性能的關鍵因素。我們以3-胺基酚和3-羥基苯硫酚為原料,KOH同時作為活化劑和催化劑前體,制備了3-氨基酚-3-羥基苯硫酚樹脂鉀鹽。進而以其為碳前軀體,直接熱解制備了具有集中微孔分布的N,S-共摻雜多孔炭材料。利用SEM、TEM、氮氣吸附、XPS、EDS等技術手段對所制備多孔炭的孔隙結構和表面化學性質進行了系統(tǒng)的表征。研究發(fā)現(xiàn),在酚醛樹脂中以-O-K+形式單分散的K+起到了 原位自活化‖作用,創(chuàng)造了發(fā)達的高度均一、相互交聯(lián)、短孔程的超微孔。兩種酚反應底物的比例是影響酚醛樹脂凝膠的微觀形貌和所制備碳材料的孔隙結構及表面元素分布的關鍵因素。通過調節(jié)3-胺基酚和3-羥基苯硫酚的比例,分別獲得了純微孔炭和微孔-介孔多級孔炭。。2.研究了所制備N,S-共摻雜微孔炭和多級孔炭在KOH和H_2SO_4電解液中的電容性能。研究發(fā)現(xiàn),碳材料的電容性能受到孔隙結構和表面化學特性的共同影響,而酚類的比例和碳化溫度是決定孔隙結構和表面化學性質的關鍵制備條件。豐富的N,S,O官能團引入了較多的贗電容效應,集中分布且孔程較短的微孔孔道保證了電解質離子在材料孔隙中的快速傳輸,因此在KOH電解液中獲得了較好的比電容值和功率特性。在KOH電解液中,SNC-3:1-600和SNC-1:1-700的比電容值超過250 F g~(-1),在0.2~20 A g~(-1)范圍內,其電容保持率超過60%。由于H_2SO_4電解液的導電離子尺寸遠大于KOH電解液的導電離子尺寸,并且H_2SO_4電解液電導率較小,因此所制備碳材料在H_2SO_4電解液中電容性能較差。3.以間苯三酚、1-溴乙烷、1-溴代環(huán)己烷、1-溴庚烷、甲醛為原料,分別制備了烷氧基取代酚醛樹脂。以其為碳前軀體,直接熱解制備了孔分布集中的超微孔炭,并在KOH電解液中研究了其電容性能。研究表明,利用不同鏈長的取代基可以有效的制備孔分布集中的超微孔炭,以乙基、庚基和環(huán)己基為取代基的酚醛樹脂基多孔炭的孔徑分別為0.52、0.54和0.58 nm。說明通過調控烷氧基樹脂中的烷基可以在納米尺度上調控碳材料的孔徑。在KOH電解液中,碳材料的比表面積是影響其電容性能的主要因素。所制備碳材料C7在KOH電解液中表現(xiàn)為較好的倍率性能,但比電容值不高,僅為66.1 F g~(-1)。作為孔徑調節(jié)的有效手段,簡單的利用不同的取代基實現(xiàn)孔徑的精準調控是此方法的創(chuàng)新之處。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM53;TQ127.11

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;表面修飾有序納米孔二氧化硅標準物質通過科技成果鑒定[J];硅谷;2010年21期

2 李魯曼;趙安;徐偉;;納米孔銀膜的制備及其在表面增強拉曼研究中的應用[J];復旦學報(自然科學版);2013年01期

3 柴花斗;楊曉輝;富笑男;李新建;;沉積于硅納米孔柱陣列上的銅納米顆粒退火行為研究[J];科學技術與工程;2006年17期

4 張磊;沙菁鉎;劉磊;陳云飛;;基于玻璃毛細管制備用于生物檢測的納米孔(英文)[J];納米技術與精密工程;2013年01期

5 方興;鮑華;趙長穎;;正方形納米線及納米孔陣列輻射特性研究[J];工程熱物理學報;2014年09期

6 吳瀛東;曹銘聰;胡]凱;楊越洋;劉磊;;溶液濃度對納米通道中電流調制的影響[J];機械工程師;2013年12期

7 李亞勤;孫新瑞;許海軍;姜衛(wèi)粉;李新建;;制備條件對硅納米孔柱陣列表面硅柱密度調制[J];科學技術與工程;2008年11期

8 向偉瑋;文莉;劉勇;張秋萍;何利文;褚家如;;硅應力非均勻氧化影響因素及其在納米孔制作中的應用[J];納米技術與精密工程;2011年04期

9 文越華;曹高萍;程杰;楊裕生;;納米孔玻態(tài)炭的成孔機理與“殼芯”結構[J];無機材料學報;2006年02期

10 董國光;李建明;陳志;梁希;郝靜;董蓉;黃瑩;;γ-Al_2O_3納米孔膜截留鎂離子機理的研究[J];過濾與分離;2008年01期

相關會議論文 前10條

1 張利香;鄭玉彬;曹小紅;李耀群;;玻璃錐形納米孔通道內不對稱離子整流[A];中國化學會第27屆學術年會第09分會場摘要集[C];2010年

2 鮑信和;;納米孔材料和催化[A];2001年納米和表面科學與技術全國會議論文摘要集[C];2001年

3 裘式綸;;無機納米孔材料的結構與功能[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

4 趙爽;翁玉華;鄭玉彬;蔡盛林;李耀群;;錐形納米孔對葡萄糖的刺激響應[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

5 羅開富;;高分子穿越納米孔進入受限體系的輸運動力學研究[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

6 熊紹輝;伍紹飛;劉俊靈;王雪源;喻桂朋;潘春躍;;基于1,3,5-三嗪骨架的納米孔有機聚合物的合成及性能研究[A];2012年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結構學術研討會（暨第十二屆全國高分子液晶態(tài)與超分子有序結構學術論文報告）會議論文集[C];2012年

7 趙爽;張利香;鄭玉彬;蔡盛林;楊金雷;李耀群;;功能化修飾單個玻璃錐形納米孔用于刺激響應仿生離子通道[A];第八屆全國化學生物學學術會議論文摘要集[C];2013年

8 吳海臣;劉蕾;;基于超短碳納米管的新型納米孔傳感器[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第04分會：納米生物傳感新方法[C];2014年

9 朱成峰;陳旭;楊志偉;崔勇;;手性納米孔金屬席夫堿框架結構在不對稱催化中的應用[A];第六屆全國物理無機化學會議論文摘要集[C];2012年

10 劉蕾;楊純;吳海臣;;基于納米孔單分子技術對二價鉛和二價鋇離子的高靈敏的同時檢測[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第04分會：納米生物傳感新方法[C];2014年

相關重要報紙文章 前10條

1 顧定槐;拜耳材料科技開發(fā)“納米孔”[N];中國化工報;2010年

2 常麗君;納米孔可成為DNA快速閱讀器[N];科技日報;2010年

3 陳丹;石墨烯納米孔設備可探測單個DNA分子[N];科技日報;2010年

4 萬鵬;鉭電容，追求極致性能的選擇[N];電腦報;2008年

5 陜西 張思遠;看電容，“挑”主板[N];電腦報;2004年

6 太子;放眼看元件[N];電腦報;2004年

7 趙文;超級電容器：正在升起的新興行業(yè)[N];科技日報;2004年

8 國際電氣電子工程師學會高級會員 于凌宇;超級電容器產(chǎn)業(yè)化腳步加快 市場前景廣闊[N];中國電子報;2008年

9 許柏松;超級電容器專利預警分析[N];中國知識產(chǎn)權報;2011年

10 ;天津力神：打破超級電容器技術壟斷[N];中國電子報;2011年

相關博士學位論文 前10條

1 朱聰;基于金屬納米孔的光學超構材料的研究[D];南京大學;2014年

2 鄧濤;硅基納米孔陣列制造技術基礎研究[D];清華大學;2015年

3 艾斌;基于膠體刻蝕的等離子體共振膜及性質研究[D];吉林大學;2016年

4 李臻;生物膜—硅納米孔陣列光學傳感器及藥物篩選系統(tǒng)的構建[D];浙江大學;2016年

5 陳楊;領結形納米孔光學天線的設計及應用[D];中國科學技術大學;2016年

6 李素娟;納米孔道材料的限域性質及其在生物分析中應用[D];南京大學;2010年

7 張爽;高分子經(jīng)納米管道輸運和檢測的模擬研究[D];浙江大學;2016年

8 馬建;基于固態(tài)納米孔基因測序的關鍵技術研究[D];東南大學;2016年

9 袁志山;基于固體納米孔的DNA分子檢測器件設計與制造[D];東南大學;2016年

10 徐濤;新型二維材料電子輻照效應研究[D];東南大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 沈紅龍;酚醛樹脂基納米孔炭的自活化法制備、調控及性能研究[D];山東理工大學;2017年

2 司儆舟;基于有限元方法的納米孔及帶電顆粒穿孔仿真研究[D];上海交通大學;2010年

3 丁鐸;DNA修飾AFM探針與若干納米孔材料之間的摩擦學特性研究[D];西南交通大學;2015年

4 俠光;介孔碳材料FDU-15的制備與表征[D];蘭州大學;2015年

5 李玉茹;8-羥基脫氧鳥嘌呤的選擇性化學修飾及其納米孔單分子檢測[D];中國礦業(yè)大學;2015年

6 陳珊;基于激光加熱的玻璃基毛細管拉伸裝置和實驗研究[D];南京航空航天大學;2014年

7 邢甜甜;微納米孔性配位聚合物的制備及性質[D];東南大學;2015年

8 趙文遠;固態(tài)納米孔下納米粒子的易位及仿真研究[D];東南大學;2015年

9 牛肖敬;用于穿孔效應的石英毛細管和聚碳酸酯膜微納界面研究[D];東北大學;2014年

10 陳偉川;金納米孔陣列對碲化鎘量子點熒光增強的研究[D];華中科技大學;2014年

，

本文編號：2383859