本文關(guān)鍵詞：嵌段共聚物模板法有序介孔炭的可控制備及其電化學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：有序介孔炭(ordered mesoporous carbon,OMC)除了具備炭材料的通性外,還具有比表面積高,孔徑均一、孔道分布均勻等特點(diǎn),可應(yīng)用于催化、分離、吸附、光電轉(zhuǎn)換、能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)等領(lǐng)域。由于炭材料表面原子結(jié)構(gòu)具有可控性,可利用異種原子進(jìn)行摻雜,使碳原子的最外層電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,帶來更優(yōu)異的理化性能。本論文以嵌段共聚物為軟模板,制備了硼摻雜有序介孔炭(boron doped ordered mesoporous carbon,BOMC),研究了BOMC的電化學(xué)性能,探究了結(jié)構(gòu)變化對(duì)于電容性能的影響。制備了Fe、N、B共摻雜OMC ((Fe,N,B)-OMC)催化劑,研究了其催化氧氣還原反應(yīng)(ORR)性能及機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下：(1)以三嵌段聚合物F127為模板,采用軟模板法,制得二維六方通孔介孔結(jié)構(gòu)的片層狀OMC,其比表面積在682.32-398.06 m~2·g~(-1),孔容在0.526-0.241 cm3·g~(-1),孔徑在5.6-4.4 nm。研究了酚醛樹脂質(zhì)量及炭化溫度對(duì)OMC結(jié)構(gòu)的影響。(2)通過硼酸與芐羥基“橋連”反應(yīng)固化改性酚醛樹脂前驅(qū)體,增強(qiáng)相分離結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。反應(yīng)后T型交聯(lián)酚醛樹脂的網(wǎng)絡(luò)上形成了原位的B-O-C鍵,炭化后可實(shí)現(xiàn)硼原位摻雜。考察了炭化溫度對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和成分的影響,制備了結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,比表面積在396.33-641.03m~2·9~(-1),擴(kuò)孔的二維六方通孔結(jié)構(gòu)的片層狀BOMC。同時(shí),硼以B-OC、B-C鍵的形式實(shí)現(xiàn)了原位摻雜。產(chǎn)物的介孔比表面積增加,B-C、B-O-C鍵改變了碳的化學(xué)狀態(tài),其比容量達(dá)162.12 F·g~(-1),較OMC提高了一倍,倍率性能也因硼摻雜得到提升。(3)為提高產(chǎn)物孔道間連通性,利于孔道內(nèi)部的傳質(zhì)傳導(dǎo),對(duì)BOMC進(jìn)行酸洗處理。形成大量微孔,其比表面積提高了71.8%,電容量增加11%,并在10000次充放電后容量保持在96.6%(5 A·g~(-1)),表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。為引入含氧基團(tuán)改變表面化學(xué)狀態(tài),改善產(chǎn)物表面的親水性,促進(jìn)表面?zhèn)髻|(zhì),又對(duì)BOMC進(jìn)行了酸化處理。其比表面積提高了63.2%,由于表面被含氧官能團(tuán)修飾,孔徑下降到4.2 nm,而其比容量提高到318 F·g~(-1),能量密度達(dá)到22.52Wh·Kg~(-1)。(4)以8-羥基喹啉合鐵(Ⅲ)作為前驅(qū)體,炭化后的Fe-N結(jié)構(gòu)為催化活性中心,制得(Fe,N,B)-OMC催化劑。研究了前驅(qū)體比例對(duì)成分及結(jié)構(gòu)及催化活性的影響,80%-(Fe,N,B)-OMC結(jié)構(gòu)及成分最佳,表面含有0.47%的最高Fe含量,比表面積達(dá)315.68 m~2·g~(-1),在催化氧氣還原反應(yīng)中表現(xiàn)出接近20% Pt/C的催化活性。通過催化過程機(jī)理及穩(wěn)定性的研究,證明了(Fe,N,B)-OMC的ORR反應(yīng)機(jī)制為四電子催化反應(yīng)機(jī)理,并表明了(Fe,N,B)-OMC具有高于商業(yè)Pt/C的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：軟模板法 硼摻雜有序介孔炭 超級(jí)電容器 氧氣還原反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 符號(hào)說明16-17
• 第一章 緒論17-31
• 1.1 有序介孔炭17-23
• 1.1.1 多孔炭材料簡介17-18
• 1.1.2 有序介孔炭簡介18-19
• 1.1.3 介孔分子篩基本類型19-20
• 1.1.4 有序介孔炭制備方法20-23
• 1.2 炭材料表觀形貌及組成調(diào)控23-26
• 1.2.1 表觀形貌的調(diào)控23-24
• 1.2.2 炭材料石墨化程度的調(diào)控24-25
• 1.2.3 雜原子摻雜對(duì)炭材料原子結(jié)構(gòu)的調(diào)控25-26
• 1.3 有序介孔炭的應(yīng)用領(lǐng)域26-28
• 1.3.1 鋰離子電池26-27
• 1.3.2 超級(jí)電容器27
• 1.3.3 燃料電池氧還原催化劑27-28
• 1.4 選題意義、研究內(nèi)容及論文創(chuàng)新點(diǎn)28-31
• 1.4.1 課題研究意義28-29
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容29
• 1.4.3 論文創(chuàng)新點(diǎn)29-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料、主要儀器及測(cè)試分析方法31-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑31-33
• 2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器33
• 2.3 實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試表征儀器33-35
• 2.4 電化學(xué)性能測(cè)試35-37
• 2.4.1 氧氣還原反應(yīng)催化活性測(cè)試35
• 2.4.2 超級(jí)電容電容性能測(cè)試35-37
• 第三章 基于嵌段聚合為模板有序介孔炭制備及結(jié)構(gòu)調(diào)控37-47
• 3.0 引言37
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分37-38
• 3.1.1 甲階酚醛樹脂合成37
• 3.1.2 自組裝及熱固化過程37-38
• 3.1.3 除模板及炭化38
• 3.2 制備過程結(jié)構(gòu)及成分變化的研究38-41
• 3.2.1 炭化前結(jié)構(gòu)及成分研究38-40
• 3.2.2 炭化過程結(jié)構(gòu)及成分研究40-41
• 3.3 有序多孔炭形貌及結(jié)構(gòu)表征41-46
• 3.3.1 有序介孔炭形貌表征41-42
• 3.3.2 不同resol比例對(duì)有序介孔炭結(jié)構(gòu)的影響42-44
• 3.3.3 炭化溫度對(duì)有序介孔炭結(jié)構(gòu)的影響44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 原位硼摻雜有序介孔炭制備及其電化學(xué)性能研究47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-48
• 4.3 硼酸固化過程研究48-49
• 4.4 炭化溫度對(duì)硼摻雜有序介孔炭結(jié)構(gòu)及成分影響49-56
• 4.4.1 硼摻雜有序介孔炭形貌研究49-50
• 4.4.2 炭化溫度對(duì)硼摻雜有序介孔炭結(jié)構(gòu)的影響50-53
• 4.4.3 炭化溫度對(duì)硼摻雜有序介孔炭成分的影響53-56
• 4.5 硼摻雜有序介孔炭電化學(xué)性能研究56-60
• 4.5.1 有序介孔炭電容性能的研究56-57
• 4.5.2 炭化溫度對(duì)硼摻有序介孔炭電容性能的影響57-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第五章 硼摻雜有序介孔炭的結(jié)構(gòu)和成分優(yōu)化及電化學(xué)性能研究61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分61
• 5.3 硼摻雜有序介孔炭的結(jié)構(gòu)和成分優(yōu)化研究61-65
• 5.3.1 硼摻雜有序介孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究61-63
• 5.3.2 硼摻雜有序介孔成分優(yōu)化的研究63-65
• 5.4 結(jié)構(gòu)和成分優(yōu)化的硼摻雜有序介孔炭電化學(xué)性能研究65-69
• 5.4.1 結(jié)構(gòu)和成分優(yōu)化的硼摻雜有序介孔炭電容研究65-67
• 5.4.2 酸洗硼摻雜有序介孔炭穩(wěn)定性的研究67-68
• 5.4.3 酸化硼摻雜有序介孔炭兩電極電池性能的研究68-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 第六章 鐵、氮、硼共摻雜有序介孔炭電化學(xué)性能研究71-81
• 6.1 引言71-72
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分72
• 6.3 鐵、氮、硼共摻雜有序介孔炭結(jié)構(gòu)和成分研究72-76
• 6.3.1 前驅(qū)體比例對(duì)鐵、氮、硼共摻雜的有序介孔炭結(jié)構(gòu)的影響72-74
• 6.3.2 前驅(qū)體比例對(duì)鐵、氮、硼共摻雜有序介孔炭成分的影響74-76
• 6.4 鐵、氮、硼共摻雜有序介孔炭電化學(xué)性能研究76-80
• 6.4.1 前驅(qū)體比例對(duì)催化性能的影響77
• 6.4.2 鐵、氮、硼共摻雜有序介孔炭催化機(jī)理的研究77-79
• 6.4.3 鐵、氮、硼共摻雜有序介孔炭穩(wěn)定性的研究79-80
• 6.5 本章小結(jié)80-81
• 第七章 全文總結(jié)81-83
• 參考文獻(xiàn)83-91
• 致謝91-93
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93-95
• 作者及導(dǎo)師簡介95-97
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書97-98

  本文關(guān)鍵詞：嵌段共聚物模板法有序介孔炭的可控制備及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：272577