以煤全組分分離所得到的疏中質(zhì)組為原料,分別采用二次活化法和模板法制備了層次孔炭材料,考察了制備工藝條件對材料孔結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響,分析了材料石墨化度和微觀形貌演變過程,并對二次活化法和模板法的造孔機理進行了分析探討。結(jié)果表明:以ZnCl₂為一次活化劑、KOH為二次活化劑的二次活化過程,能夠有效制備出具有超大比表面積的層次孔炭材料。當一次活化溫度為500°C、活化劑比例為2:1、活化時間為1 h時,所制備的炭材料微孔-中孔-大孔結(jié)構(gòu)均最發(fā)達,比表面積高達4672 m²/g,比電容在5 A/g下可達233 F/g。適宜的活化劑比例有利于中孔形成,活化劑過量則會導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)缺陷和坍塌;活化溫度較低時,反應(yīng)不能有效進行,而溫度過高則會使得ZnCl₂侵蝕作用增強,破壞孔隙通道;活化時間過長或過短都會造成孔結(jié)構(gòu)一定程度上的衰減,以1 h活化效果最佳。ZnCl₂在活化過程中作為電子對的接受體中心與-OH、-NH₂等發(fā)生反應(yīng),造成分子間氫鍵的斷裂,從而制備出較為發(fā)達的中微孔結(jié)構(gòu);KOH則在已... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-1層次孔炭材料制備工藝流程

碩士學(xué)位論文μm 的大孔結(jié)構(gòu)，有利于電解液的緩釋和電解質(zhì)離子的快速轉(zhuǎn)移，與此同時，結(jié)合上節(jié)中的孔結(jié)構(gòu)分析能夠充分證明 HPC-1 有著典型的多級層次孔結(jié)構(gòu)，微孔-中孔-大孔結(jié)構(gòu)均非常發(fā)達，因而有著最為理想的電化學(xué)性能；掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn) HPC-2 仍有著較為發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，但是相對于 HPC-1 其孔徑明顯增大，大部分集中在 1~5 μm且存在著一定程度的孔壁燒蝕現(xiàn)象，這說明過度的延長活化時間會引起擴孔效應(yīng)并導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞；而當活化時間達到 3 h 時，樣品的孔結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，從圖 3-10d 中可以明顯的看到許多燒蝕破損后的殘余泡壁，孔數(shù)量急劇減少，這與孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和電化學(xué)性能變化相一致；隨著活化時間的繼續(xù)延長，HPC-4，HPC-5又出現(xiàn)了較多的孔隙結(jié)構(gòu)，且孔徑逐漸增大，說明二次造孔作用重新構(gòu)造了新的孔隙結(jié)構(gòu)，但其效果并不理想，且活化時間過長，大大增加了生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本。

1000 2000 30002D bandntInsieyt(.u.)aRaman Shift (cm-1)HPC-3HPC-4HPC-5圖 3-11 不同活化時間層次孔炭材料的拉曼光譜圖Figure 3-11 Raman plots of HPCs in different activation time3.5 二次活化法造孔機理分析（Reactivation Mechanism）通過疏中質(zhì)組的紅外譜圖我們發(fā)現(xiàn)，疏中質(zhì)組[25]有著較高比例的酚羥基、醇羥基、氨基等官能團。ZnCl2在活化反應(yīng)中能夠作為電子對的接受體中心與-OH、-NH2等發(fā)生反應(yīng)，造成分子間氫鍵的斷裂，起到脫水和侵蝕的作用，從而構(gòu)建出較為發(fā)達的中微孔結(jié)構(gòu)[72]，其反應(yīng)機理如圖 3-12 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]石墨烯基超級電容器電極材料的控制合成及形成機理研究[D]. 陳勝.南京理工大學(xué) 2012
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碩士論文
[1]三維結(jié)構(gòu)石墨烯基超級電容器電極材料的制備及性能研究[D]. 王旭.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]石墨烯基電極材料的制備與超級電容器性能研究[D]. 竇元運.寧夏大學(xué) 2014
[3]石墨烯基超級電容器電極材料的制備與電化學(xué)性能研究[D]. 曹海亮.寧波大學(xué) 2013
[4]石墨烯復(fù)合材料用于超級電容器電極材料的性能研究[D]. 高贊.哈爾濱工程大學(xué) 2012



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