本文以固體碳酸鉀作為酚醛樹脂的活化劑和模板劑,通過(guò)原位熱解路徑制備出層次分級(jí)多孔碳。結(jié)果表明,可調(diào)節(jié)原料中碳酸鉀與酚醛樹脂的質(zhì)量比,達(dá)到控制產(chǎn)物的形貌和孔結(jié)構(gòu)的目的。當(dāng)碳酸鉀的質(zhì)量是酚醛樹脂的6倍時(shí),層次分級(jí)多孔碳表現(xiàn)出三維網(wǎng)狀骨架與二維碳片的交聯(lián)復(fù)合,比表面積為1541 m2?g-1。在KOH水系電解液中對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,1 A?g-1電流密度下比電容高達(dá)250 F?g-1,具有較好的倍率性能。 

【文章來(lái)源】：廣東化工. 2020,47(24)

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【部分圖文】：

HPC-4(a)、HPC-6(b)和HPC-8(c)的SEM圖像

對(duì)合成的層次分級(jí)多孔碳進(jìn)行微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)表征，SEM照片可以看出多孔碳是由三維網(wǎng)狀骨架構(gòu)成(圖1a)，網(wǎng)狀骨架則由薄層狀的碳納米片相互交錯(cuò)排布組成，且碳納米片的尺寸大小不一。隨著碳酸鉀在原料中含量的增高，三維網(wǎng)狀骨架表面逐漸被二維層狀碳片包覆(圖1b)。當(dāng)碳酸鉀質(zhì)量是酚醛樹脂的8倍時(shí)，三維網(wǎng)狀骨架表面形成了堆疊狀的二維層狀碳片結(jié)構(gòu)(圖1c)。因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)原料中碳酸鉀與酚醛樹脂的質(zhì)量比，達(dá)到控制層次分級(jí)多孔碳的微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)的目的。電極材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)是決定其電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一[7]，對(duì)層次分級(jí)多孔碳進(jìn)行N2吸脫附測(cè)試，可以看出所有樣品均表現(xiàn)為典型的IV型吸脫附等溫曲線。在P/Po<0.05時(shí)吸附量驟增，是典型的微孔吸附。在P/Po=0.4?1.0的壓力區(qū)間，則形成了H4型滯后環(huán)，表現(xiàn)出吸附分支和脫附分支幾乎平行，這主要是由于多孔碳中有復(fù)合孔道的存在，即由分等級(jí)的孔道結(jié)構(gòu)組成。經(jīng)計(jì)算HPC-4、HPC-6和HPC-8的BET比表面積分別為1676 m2?g-1、1541 m2?g-1和1451 m2?g-1，說(shuō)明隨著原料中碳酸鉀含量的增加，層次分級(jí)多孔碳的BET比表面積呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，這主要是由于三維網(wǎng)狀骨架表面被二維層狀碳片堆疊，覆蓋了部分微孔通道，使得在進(jìn)行N2吸脫附測(cè)試時(shí)，微孔的吸附能力有所降低導(dǎo)致。

電極材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)是決定其電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一[7]，對(duì)層次分級(jí)多孔碳進(jìn)行N2吸脫附測(cè)試，可以看出所有樣品均表現(xiàn)為典型的IV型吸脫附等溫曲線。在P/Po<0.05時(shí)吸附量驟增，是典型的微孔吸附。在P/Po=0.4?1.0的壓力區(qū)間，則形成了H4型滯后環(huán)，表現(xiàn)出吸附分支和脫附分支幾乎平行，這主要是由于多孔碳中有復(fù)合孔道的存在，即由分等級(jí)的孔道結(jié)構(gòu)組成。經(jīng)計(jì)算HPC-4、HPC-6和HPC-8的BET比表面積分別為1676 m2?g-1、1541 m2?g-1和1451 m2?g-1，說(shuō)明隨著原料中碳酸鉀含量的增加，層次分級(jí)多孔碳的BET比表面積呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，這主要是由于三維網(wǎng)狀骨架表面被二維層狀碳片堆疊，覆蓋了部分微孔通道，使得在進(jìn)行N2吸脫附測(cè)試時(shí)，微孔的吸附能力有所降低導(dǎo)致。圖3是將不同原料配備下合成的層次分級(jí)多孔碳作為工作電極，在1 A?g-1的電流密度下，可以看出所有樣品的恒流充放電曲線均表現(xiàn)為對(duì)稱的等腰三角形，說(shuō)明具有較好的電荷轉(zhuǎn)移可逆性；電壓大小與放電時(shí)間呈線性關(guān)系，表現(xiàn)出良好的雙電層電容行為；電壓降較小，則說(shuō)明電極電阻較低，具有較高的倍率性能。隨著原料中碳酸鉀與酚醛樹脂的質(zhì)量比增加到6∶1時(shí)，HPC-6的比電容(250 F?g-1)明顯大于HPC-4的比電容(219F?g-1)，這是由于在碳酸鉀的作用下，多孔碳的三維網(wǎng)狀骨架表面開始被二維層狀碳片包覆，形成了更多的復(fù)合孔道，這種微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以有效縮短離子和電子的擴(kuò)散路徑，為傳輸提供便利的條件，有利于能量的儲(chǔ)存與釋放。當(dāng)原料中碳酸鉀的質(zhì)量進(jìn)一步擴(kuò)大到酚醛樹脂的8倍時(shí)，HPC-8的比電容為258F?g-1，比電容值略微增長(zhǎng)。因此，本文選擇HPC-6樣品作進(jìn)一步的電化學(xué)性能研究。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔碳材料的設(shè)計(jì)合成及其在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 劉明賢,繆靈,陸文靜,朱大章,徐子頡,甘禮華,陳龍武.  科學(xué)通報(bào). 2017(06)
[2]碳材料在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用[J]. 梁驥,聞雷,成會(huì)明,李峰.  電化學(xué). 2015(06)



本文編號(hào)：3398387