近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人類對能源的需求量也開始急劇提升,化石能源遭到大規(guī)模開采和使用,能源危機(jī)以及環(huán)境問題也日趨嚴(yán)重。因此轉(zhuǎn)變當(dāng)前能源結(jié)構(gòu),開發(fā)清潔無污染的可持續(xù)發(fā)展的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換裝置迫在眉睫。多級(jí)孔碳材料由于其豐富且易調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性以及多樣性的表面元素?fù)诫s等特性決定其在能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換等電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的潛力。然而多級(jí)孔碳材料的石墨化程度、比表面積、孔徑分布以及表面官能團(tuán)摻雜等因素都會(huì)影響材料的電化學(xué)性能。而這些材料性質(zhì)之間又存在著相互制約,因此只有針對于不同的電化學(xué)應(yīng)用作為出發(fā)點(diǎn),來精確調(diào)控設(shè)計(jì)出具有不同結(jié)構(gòu)和協(xié)同作用的多級(jí)孔碳材料,才能獲得具有最優(yōu)化的電極材料。基于以上問題,本文設(shè)計(jì)、制備了一系列新型多級(jí)孔碳電極材料,系統(tǒng)研究了孔道結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的調(diào)控對電化學(xué)性能的影響,為大規(guī)模提升多級(jí)孔碳材料在不同電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)支持。（1）研究表明,提高電容器電極材料的比表面積不一定能提升電容性能,原因是有些孔道尺寸過小以及連通性較差,難以被電解質(zhì)離子接近,成為無效孔道。本文通過泡沫框架輔助并利用軟硬模板相結(jié)合的方法合成了具有超高質(zhì)量比電容和... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

為不同孔徑大小的碳材料透射電鏡圖[26]

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文4效控制。有序介孔碳材料也在一段時(shí)間內(nèi)被廣泛的應(yīng)用于超級(jí)電容器、燃料電池催化劑以及鋰硫電池等電極材料上[39,40]。多級(jí)孔碳材料：目前，有著比單一有序介孔材料更高孔隙率、更大比表面積以及多種孔道結(jié)構(gòu)相互連通的多級(jí)孔碳材料（如圖1.2）在多種能源催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中起到了舉足輕重的作用[41-44]。在超級(jí)電容器中，多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的存在，使得原本電解質(zhì)難以接近的表面和孔道（如微孔和小介孔）能夠得到利用，從而也就提高了材料的能量儲(chǔ)存性能。特別對于體積較大的電解質(zhì)以及快速的反應(yīng)過程，良好的孔道結(jié)構(gòu)所提供的優(yōu)異傳質(zhì)和擴(kuò)散效率更加至關(guān)重要。同樣在燃料電池電極催化反應(yīng)中，活性位點(diǎn)絕大部分位于催化劑微孔和較小的介孔的孔壁周圍，而多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的存在，可以使得大孔、介孔與微孔孔道相互連通，極大促進(jìn)了反應(yīng)過程中反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)和擴(kuò)散，從而使得催化劑中更多的活性位點(diǎn)能夠有效地暴露在反應(yīng)的三相界面上，也就進(jìn)一步提高了催化劑催化活性。并且多級(jí)孔碳材料還能夠通過在孔道中原位修飾Pt、Fe等物質(zhì)不僅可以改善多級(jí)孔碳材料的電化學(xué)性能，還能通過高孔隙率、大比表面積來提高金屬元素的分散性，以及微孔或介孔的限域作用還能進(jìn)一步提高金屬元素的穩(wěn)定性，從而提高整體電極材料的電化學(xué)性能，進(jìn)而可以被廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器、燃料電池等儲(chǔ)能和能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域[45,46]。圖1.2多級(jí)孔碳材料OHNS(a)和OHNC(b)的掃描電鏡圖[47]。Fig.1.2SEMimagesforOHNS(a)andOHNC(b).

1緒論51.2多級(jí)孔碳材料的制備方法1.2.1傳統(tǒng)活化法制備多級(jí)孔碳傳統(tǒng)的多級(jí)孔碳材料主要以活性碳為代表，其特點(diǎn)一般為具有超高比表面積和微孔孔體積，并采用傳統(tǒng)的物理或化學(xué)活化法來制備得到的。其碳源有著非常廣泛的來源，主要包括生物質(zhì)類、石油化工原料類、以及各種高分子類等自然界中廣泛存在的碳基原料[48-51]。如圖1.3所示，各種類型的生物質(zhì)碳基原料在進(jìn)過一系列物理或化學(xué)活化處理后，即可得到不同類型的傳統(tǒng)多級(jí)孔碳材料。圖1.3各種生物質(zhì)多孔碳材料：（a）野西瓜苗花[52]，（b）貝殼[53]，（c）硅藻[54]，（d）孔雀羽毛[55]，（e）竹子[56]，（f）稻草[57]。Fig.1.3Variousbiomassporouscarbonmaterials:(a)wildwatermelonseedlings,(b)shells,(c)diatoms,(d)peacockfeathers,(e)bamboos,(f)straw.而根據(jù)制備多級(jí)孔碳材料時(shí)所采取活化方式的不同，活化方法可分為物理活化法、化學(xué)活化法以及聯(lián)合活化法。物理活化法主要是指在較高溫度下通入氧化性的氣體來對碳源進(jìn)行高溫氧化腐蝕作用來獲得多級(jí)孔碳的方法[58,59]。在高溫活化過程之前，要先利用高溫環(huán)境對材料進(jìn)行煅燒碳化處理，來盡可能的除去揮發(fā)性小分子以及易分解物質(zhì)從而使生物質(zhì)或前驅(qū)體先一步碳化成具有一定孔道結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的碳中間產(chǎn)物。一般這個(gè)階段所得到的碳化材料只有著通過高分子分解以及小分子物質(zhì)揮發(fā)所留下的孔道結(jié)構(gòu)，不僅孔體積非常小，孔道結(jié)構(gòu)也不易連通，從而難以實(shí)際應(yīng)用。而碳中間

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碳納米管和石墨烯材料在柔性超級(jí)電容器中的應(yīng)用（英文）[J]. 李康,張進(jìn)濤.  Science China Materials. 2018(02)
[2]導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器電極材料[J]. 涂亮亮,賈春陽.  化學(xué)進(jìn)展. 2010(08)
[3]氧化釕在法拉第準(zhǔn)電容器中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 陳斌,張劍榮,姜立萍,朱俊杰,方慧群,陳衛(wèi)東,顧義明,丁繼華.  電子元件與材料. 2001(05)



本文編號(hào)：3609535