多孔碳材料具有比表面積大、多孔、導電、導熱、耐酸堿等優(yōu)點,在儲能、吸附、催化等領域有廣泛應用。農林廢棄物等生物質的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素,來源廣泛、可再生、低成本,是制備多孔碳的理想原料。河南是農業(yè)大省,每年產生大量的玉米芯、秸稈等非糧生物質,如不能有效利用還會給農業(yè)生產帶來麻煩;以玉米芯等廢棄物為原料制備生物質多孔碳,既可減少化石資源的利用量,又可變廢為寶,為農林廢棄生物質的高值利用提供新途徑,具有理論與應用價值。本論文以量豐價廉的玉米芯為原料,首次引入“超聲-砂磨”的機械化學作用,高效制備高純、高比表面積、微/介孔多級孔生物質碳材料。針對生物質基碳Si、Al等雜質難去除、比表面積低、孔徑結構單一等問題,在傳統(tǒng)“碳化-活化”制備工藝基礎上,引入超聲化學、機械化學,實現(xiàn)了微/介孔比例可調控的多級孔結構生物質碳材料的高效制備。論文采用XRD、SEM、TEM、XPS、N₂吸附-脫附、TG-DSC等手段對樣品的組成、結構進行了系統(tǒng)表征,系統(tǒng)研究了優(yōu)化條件下所得樣品在電容儲能、染料吸附、重金屬離子吸附、非貴金屬電催化劑載體等方面的應用。主要研究結果如下:（1）... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數】：168 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.2雙電層超級電容器的組成結構圖示[8]

其中,C為雙電層電容,A為雙電層的有效比表面積,εr是電解質的介電常數,ε0是真空介電常數,d為雙電層的距離。碳材料是當前應用在雙電層超級電容器上應用最廣泛的一類電極材料,主要包括多孔碳、碳氣凝膠、碳纖維、碳納米管、石墨烯等[7]。生物質多孔碳擁有較高的比表面積、豐富的孔道、穩(wěn)定的物理化學性質、環(huán)境友好以及成本低的特點,廣泛應用在超級電容器電極材料中[11]。具有豐富微孔的多孔碳能夠有效提升其比電容[12.13],尤其是亞納米(0.7 nm)處的微孔[14,15,16];但是,過多的微孔會限制離子進入空隙的能力,增加電荷離子在多孔碳孔道中的傳輸與擴散阻力,尤其在大電流密度下進行充放電測試時,導致比電容性能下降,不能保持較好的倍率性能[17]。因此,人們采取各種方式探討微孔、介孔在超級電容器電化學性能中的作用。

Zhi等人[19]進一步研究了多孔碳孔結構對超級電容器電化學性能的影響,他們利用廢棄的輪胎作為碳前驅體材料,采用熱解和化學活化的方法,制備出了多孔碳。通過改變活化劑的加入量、活化溫度、活化時間等工藝參數來研究微孔、介孔對超級電容器電化學性能的影響。如圖1.4(a、b)所示,分析結果表明多孔碳電極材料的比電容是受微孔孔容的控制,而不是介孔孔容,倍率性能受介孔與微孔體積比來控制,而不是單純介孔孔容的大小來決定。圖1.5多孔碳活性材料BBC-4在5~500 m V s-1掃速下循環(huán)伏安(CV)曲線[20]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Recent advances in carbon-based electrocatalysts for oxygen reduction reaction[J]. Lulu Chen,Xiaolong Xu,Wenxiu Yang,Jianbo Jia.  Chinese Chemical Letters. 2020(03)
[2]Nitrogen-doped graphite encapsulated Fe/Fe3C nanoparticles and carbon black for enhanced performance towards oxygen reduction[J]. Jie Zhu,Zewei Xiong,Jiming Zheng,Zhihong Luo,Guangbin Zhu,Chao Xiao,Zhengbing Meng,Yibing Li,Kun Luo.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(11)
[3]氧還原碳基非貴金屬電催化劑研究進展[J]. 鐘國玉,王紅娟,余皓,彭峰.  化學學報. 2017(10)
[4]KOH activated carbon derived from biomass-banana fibers as an efficient negative electrode in high performance asymmetric supercapacitor[J]. Chaitra K,Vinny R T,Sivaraman P,Narendra Reddy,Chunyan Hu,Krishna Venkatesh,Vivek C S,Nagaraju N,Kathyayini N.  Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[5]活性炭的表面含氧官能團及其對吸附影響的研究進展[J]. 孟冠華,李愛民,張全興.  離子交換與吸附. 2007(01)
[6]中國生物質產業(yè)及發(fā)展取向[J]. 孫振鈞.  農業(yè)工程學報. 2004(05)



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