本文關(guān)鍵詞：基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《東北林業(yè)大學(xué)》 2015年

基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究

劉芳延  

【摘要】：在化石能源日益短缺及環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的社會(huì)環(huán)境下,以生物質(zhì)資源為原料制備高性能生物質(zhì)基炭材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。林業(yè)剩余物作為生物質(zhì)資源的重要組成部分,其發(fā)展利用一直廣受關(guān)注。為此,將林業(yè)剩余物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)基炭材料并將其開發(fā)成為具有巨大應(yīng)用潛力的超級(jí)電容器電極材料無(wú)疑成為實(shí)現(xiàn)林業(yè)剩余物的高效利用、增加其附加值的有效途徑之一。此類研究促進(jìn)了不同學(xué)科之間的交叉融合,擴(kuò)大了林業(yè)資源的應(yīng)用領(lǐng)域,同時(shí)也對(duì)保障生態(tài)安全和能源安全,減少環(huán)境污染,推進(jìn)節(jié)能減排及構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)具有重要意義。本研究以來(lái)源于林業(yè)剩余物的綜纖維素為前驅(qū)體,采用水熱碳化法合成分散性良好、粒徑較為均一的水熱炭(炭球)；通過(guò)對(duì)炭球進(jìn)行不同的熱處理及復(fù)合處理,合成了表面富含C=O的炭材料、具有石墨結(jié)晶結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)的炭材料及具有核-殼結(jié)構(gòu)的炭球/鐵氧化物復(fù)合材料,并將它們用作超級(jí)電容器電極材料；通過(guò)采用各種表征測(cè)試手段,對(duì)所得材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行一系列的分析和總結(jié)。具體歸納如下：(1)以林業(yè)剩余物雜木纖維和綜纖維素為前驅(qū)體,采用水熱碳化法,合成雜木纖維基水熱炭和綜纖維素基水熱炭,研究了去除木質(zhì)素對(duì)水熱炭的結(jié)構(gòu)特性、化學(xué)特性和熱學(xué)特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,去除木質(zhì)素后,綜纖維素的水熱碳化起始溫度為210℃,顯著低于雜木纖維的水熱碳化起始溫度220℃,并且綜纖維素基水熱炭的表面官能團(tuán)組成較簡(jiǎn)單,熱穩(wěn)定性較高。(2)以綜纖維素為前驅(qū)體,采用水熱碳化法合成分散性良好、粒徑均一的水熱炭(炭球),研究了水熱碳化溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)水熱炭的晶態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、表面官能團(tuán)和熱穩(wěn)定性等性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著溫度的升高或時(shí)間的延長(zhǎng),綜纖維素的結(jié)晶區(qū)逐漸消失,轉(zhuǎn)化為粒徑均勻、分散性良好的無(wú)定形炭球,產(chǎn)物的炭化程度逐漸增加,熱穩(wěn)定性也逐漸升高；當(dāng)t=8h時(shí),綜纖維素水熱碳化起始溫度為210℃,當(dāng)T=220℃時(shí),綜纖維素水熱碳化起始時(shí)間為6h；當(dāng)水熱溫度為230℃(t=6h)或反應(yīng)時(shí)間為14h(T=230℃)時(shí),產(chǎn)物的表面官能團(tuán)趨于穩(wěn)定,生成的炭球表面富含羥基、羰基等含氧官能團(tuán)。(3)以綜纖維素基水熱炭為處理對(duì)象,在空氣氣氛中對(duì)其進(jìn)行低溫處理,獲得了表面富含C=O等含氧官能團(tuán)的炭材料。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著溫度升高,產(chǎn)物中C=O含量逐漸增多,產(chǎn)物的比電容呈現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象,其中,在250℃條件下獲得的炭材料電化學(xué)性能最佳,在電流密度為0.2A/g的條件下其比電容為83.15 F/g。(4)以綜纖維素基水熱炭為處理對(duì)象,在氮?dú)鈿夥罩袑?duì)其進(jìn)行高溫處理,獲得了具有石墨晶體結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)的炭材料。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著溫度的升高,產(chǎn)物的石墨結(jié)晶性逐漸增強(qiáng),材料的有序化程度逐漸提高；產(chǎn)物的比表面積和微孔孔容隨著溫度的升高先增大后下降,其中,H-N-800的比表面積和微孔率最大,分別為429.4 m2/g和43.59%。炭材料的比電容隨著溫度的上升呈現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象,其中,在800℃條件下獲得的炭材料具有最佳的比電容值和倍率性能,循環(huán)穩(wěn)定性較好。在電流密度為0.5 A/g的條件下,其比電容為198.12 F/g；電流密度從0.5 A/g到5 A/g時(shí),H-N-800的比電容僅下降了50.3%,表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。說(shuō)明H-N-800是一種具有巨大應(yīng)用潛力的超級(jí)電容器電極材料。(5)以在空氣氣氛中,處理溫度為250℃條件下獲得的炭球?yàn)榛w,經(jīng)水熱法一步合成具有核-殼結(jié)構(gòu)的炭球/Fe203復(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合材料的比電容均高于純Fe203顆粒的比電容,且隨著炭球含量的增加而逐漸上升。在炭球含量為0.05g條件下獲得C3/Fe2O3復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。在電流密度為0.4 A/g的條件下,C3/Fe2O3復(fù)合材料的比電容為104.38F/g,是純Fe203顆粒的2.64倍,但復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性低于Fe203顆粒的循環(huán)穩(wěn)定性。(6)以在空氣氣氛中,處理溫度為250℃條件下獲得的炭球?yàn)榛w,利用化學(xué)共沉淀法原位合成Fe304制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的炭球/Fe304復(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合材料的比電容均高于純Fe304顆粒的比電容,且隨著炭球含量的增加而逐漸上升。在炭球含量為0.26g條件下獲得C3//Fe3O4復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。在掃描速率為5mV/s時(shí),C3/Fe3O4復(fù)合材料的比電容為174.1 F/g,是Fe304顆粒的1.37倍。但復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性低于Fe304顆粒的循環(huán)穩(wěn)定性,有待進(jìn)一步改善。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

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中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 ;[N];期貨日?qǐng)?bào);2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 盧桂霞;過(guò)渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

2 胡梅娟;金屬氧化物基鋰/鈉離子電池負(fù)極材料制備與電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2014年

3 劉芳延;基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

4 江小劍;基于脫合金法的錳基微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

5 劉恩輝;鋰離子電池正極材料釩氧基化合物的制備及電化學(xué)性能研究[D];中南大學(xué);2004年

6 李濤;鋰離子電池用硅基材料電化學(xué)性能的研究[D];北京有色金屬研究總院;2013年

7 鄧洪貴;儲(chǔ)能用電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];華東理工大學(xué);2013年

8 梅濤;層狀鈷基、碳基及其復(fù)合材料的合成表征與電化學(xué)性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

9 占丹;錳基化合物的形貌調(diào)控及其電化學(xué)性能研究[D];武漢大學(xué);2013年

10 王利娟;鋰離子動(dòng)力電池電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 栗志同;釩基材料的合成、表征及其電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫復(fù)合材料的制備及其Li-S電池電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 燕平;氫驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)法制備Li_xal_ySi_z鋰離子電池負(fù)極材料及其電化學(xué)性能[D];浙江大學(xué);2015年

4 杜志玲;摻氮多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2015年

5 宋巧蘭;新型離子液體的制備及其電化學(xué)性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

6 黃文靜;新型導(dǎo)電聚合物-石墨烯電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

7 康怡然;納米二氧化錳/碳材料復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

8 張亦弛;低維氧化鉬納米材料微觀結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

9 李濤;Fe-Mn-Ti-C鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

10 申亞舉;水系鋰離子電池負(fù)極材料LiTi_2(P0_4)_3的制備及性能研究[D];沈陽(yáng)理工大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：156823