發(fā)布時(shí)間：2018-04-09 02:35

  本文選題：納米碳球　切入點(diǎn)：氫化　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：洋蔥狀富勒烯碳納米球可看成由準(zhǔn)球體同心殼層套構(gòu)而成,具有優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的導(dǎo)電能力和化學(xué)穩(wěn)定性以及獨(dú)特的熱學(xué)性質(zhì),可以廣泛的應(yīng)用于摩擦材料、電極材料、存儲(chǔ)材料、超級(jí)電容器材料等各種領(lǐng)域。研究表明氫化的碳納米球在某些方面的性能可以得到進(jìn)一步提升,并且含氫量的高低對(duì)材料的性能會(huì)產(chǎn)生重要影響。因此,在探索簡(jiǎn)單高效制備氫化碳納米球材料方法的同時(shí),研究其生長(zhǎng)機(jī)理并對(duì)氫化程度等參數(shù)進(jìn)行可控調(diào)整,具有非常重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文中第一部分利用溶劑熱合成的方法,針對(duì)上述科學(xué)問題展開了系統(tǒng)的研究。實(shí)驗(yàn)中以三氯甲烷作為碳源,金屬鉀作為還原劑,在100℃的溫度環(huán)境下,利用金屬鉀較強(qiáng)的還原性,將三氯甲烷中的C-H鍵和C-Cl鍵進(jìn)行斷裂,一部分-Cl參與形成KCl,另一部分-Cl鍵與部分-H鍵結(jié)合形成HCl析出,剩余懸鍵重組形成含氫石墨片層,在經(jīng)過不斷卷曲包裹及團(tuán)聚之后,最終形成了納米尺寸并且含有一定氫化程度的球狀結(jié)構(gòu)。我們通過控制反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短,可以得到處于不同生長(zhǎng)階段的氫化碳納米球樣品,并對(duì)所合成的樣品進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)表征,通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了氫化碳納米碳球生長(zhǎng)過程中形貌與結(jié)構(gòu)的改變,找到了樣品氫化程度隨反應(yīng)時(shí)間的變化規(guī)律,為以后人們對(duì)納米碳球材料的深入探索奠定了理論基礎(chǔ)。電化學(xué)超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能裝置其性質(zhì)處于充電電池和普通電容器之間,它具有充放電時(shí)間短,高比功率和長(zhǎng)壽命等突出優(yōu)點(diǎn),具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。洋蔥碳納米球具有良好的導(dǎo)電能力和化學(xué)穩(wěn)定性,并且在通過相應(yīng)的處理后能夠增大其內(nèi)部的比表面積和孔徑大小,從而使其電容量得到較大幅度的提升,是目前最具潛力的超級(jí)電容器電極材料之一。但由于制備處理工藝尚不成熟,處理的方法相對(duì)復(fù)雜,一直制約著洋蔥碳納米球作為超級(jí)電容材料的應(yīng)用。本文的第二部分采用簡(jiǎn)單的火焰燃燒方法,以萘為碳源通過一步反應(yīng)合成出另一種具有超高比電容量的洋蔥碳納米球,其初始電容可以達(dá)到77.4F/g。將初始樣品放到管式爐中進(jìn)行簡(jiǎn)單的高溫處理,實(shí)現(xiàn)了通過控制溫度增加洋蔥碳納米球的比表面積與孔徑大小,進(jìn)而提升電容容量。在溫度達(dá)到450℃時(shí),樣品的比電容量提高到了181.7F/g,并且在經(jīng)過500個(gè)恒流充放電周期后,依然能夠保持90%以上的電容容量,展現(xiàn)了出了非常高的循環(huán)穩(wěn)定特性。這種具有超高電容特性的碳納米洋蔥球原料來源廣泛,合成方式與后續(xù)處理方法簡(jiǎn)單易行,具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。高溫高壓是材料合成領(lǐng)域中的重要方法,特別是在人工合成金剛石的過程中被廣泛應(yīng)用。洋蔥碳納米球作為一種特殊的碳材料,對(duì)其進(jìn)行高溫高壓研究不但可以了解其高壓高壓下結(jié)構(gòu)的改變與相變機(jī)制,更為人們探索新型碳材料提供了道路和方法。本論文對(duì)合成的富勒烯洋蔥碳球進(jìn)行了初步的高溫高壓研究,發(fā)現(xiàn)了富勒烯碳球在高溫高壓下會(huì)發(fā)生破碎和石墨化轉(zhuǎn)變。
[Abstract]:Onion like fullerene carbon nanospheres can be regarded as quasi sphere by a set of concentric shell structure, with excellent mechanical properties, good electrical conductivity and chemical stability and unique thermal properties, can be widely used in friction materials, electrode materials, storage materials, super capacitor materials and other fields. The results show that the properties of carbon nanotube the ball hydrogenated in some aspects can be further improved, will have a significant impact and the level of hydrogen content on the performance of materials. Therefore, to explore the simple and efficient preparation method of hydrogenated carbon nanospheres and study the growth mechanism and controllable adjustment of parameters such as the degree of hydrogenation, which has very important scientific significance and the application value. This paper first part by solvothermal synthesis method, aiming at the scientific problems are researched. In the experiment by using chloroform as carbon source, Potassium metal as a reducing agent, at a temperature of 100 DEG C under the environment, the use of metal potassium strong reducibility, the chloroform in the C-H and C-Cl keys are broken, a part of -Cl involved in the formation of KCl, combined with another part of -Cl bond and -H bond forming part of HCl precipitation, the remaining dangling bonds containing hydrogen recombine to form graphite layer, after continuous crimp wraps and reunion, eventually formed a nanometer size and contains a certain degree of hydrogenation of globular structure. We by controlling the reaction time can be obtained in the hydrogenation of carbon nanometer ball samples in different growth stages, and the synthesized samples were characterized in detail. The morphology and structure of the growth process the change of hydrogenated carbon nano carbon spheres were studied through contrast experiment system, variation of sample degree of hydrogenation with reaction time were found for the deep exploration of the nano carbon ball material laid Theoretical basis. Electrochemical supercapacitor is a new energy storage device between the rechargeable battery and its properties in common capacitor, which has charge and discharge time is short, high power and long life and other advantages, has important research and application value. The onion nano carbon ball has good conductivity and chemical stability. And can increase the internal through after the processing of the surface area and pore size, so that the capacity is greatly improved, is one of the most promising electrode materials for supercapacitors. But because the preparation process is not mature, the processing method is relatively complex, has been restricting carbon onions nanosphere as the application of super capacitor materials. The second part of this paper uses a simple flame combustion method, using naphthalene as carbon source by a reaction to another with high specific capacitance The onion carbon nanospheres, the initial capacitance can reach 77.4F/g. the initial sample in high temperature treatment for simple tube furnace. The increase of onion carbon nanospheres by controlling the temperature of the surface area and pore size, and thus enhance the capacity of the capacitor. When the temperature reached 450 degrees, the sample specific capacitance increased to 181.7F/g, and after 500 charge discharge cycles, can still maintain the capacity of more than 90%, showing a stable circulation characteristic is very high. It has super high capacitance characteristics of carbon nano onion ball wide sources of raw materials, synthesis method and processing method is simple and has a broad application prospect at high temperature and high pressure is an important method in the field of material synthesis, especially is widely used in the process of synthetic diamond in onion. The carbon nano sphere as a special carbon material, the For high temperature and high pressure study can not only understand the change and transformation mechanism of the structure under high pressure, providing more people to explore the way and method of new carbon materials. This paper carried out a preliminary study on high temperature and high pressure synthesis of fullerene carbon onion ball, found the ball will change the broken carbon fullerene and graphitization under high temperature and high pressure.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;O52;TM53

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本文編號(hào)：1724492