本文選題：靜電紡絲 + 模板��； 參考：《蘭州大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：超級(jí)電容器是很具有發(fā)展?jié)摿Φ碾娔艽鎯?chǔ)器件,具有可快速充放電、高效和長壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)。如何使用綠色,快捷,無污染的方法來制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)的電極材料是本文研究的重點(diǎn)。本文基于靜電紡絲法通過調(diào)節(jié)其前驅(qū)液的配置,收集方式,退火的氣體氛圍和退火溫度等條件來制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)。選取ZnO作為模板來制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu),通過多孔結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)碳纖維材料的電化學(xué)性能。通過進(jìn)一步處理使自支撐多孔碳纖維作為基底來負(fù)載MnO_2,來增強(qiáng)其電化學(xué)性能。當(dāng)選用TiO_2模板來制備多孔結(jié)構(gòu)作為對(duì)比時(shí),結(jié)果其模板是不能被完全去除。而后采取氫化的方式來對(duì)其處理,并負(fù)載MnO_2來測試其電容性能。(1)在靜電紡絲的前驅(qū)液中加入ZnO納米顆粒作為模板,改變靜電紡絲收集方式可制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)ZnO和聚丙烯腈(PAN)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的比例,退火后得到擁有不同形貌和結(jié)構(gòu)的自支撐多孔碳纖維。其原理是PAN在高溫氬氣氛圍中能夠被碳化,同時(shí)ZnO和C反應(yīng)生成Zn蒸汽和CO,這樣既可去除模板也可使得反應(yīng)產(chǎn)物在高溫下被去除。ZnO和PAN在質(zhì)量比例為1:1時(shí)能得到相對(duì)分布均勻的孔洞結(jié)構(gòu),通過鹽酸來去除剩余的鋅。為了進(jìn)一步增加多孔結(jié)構(gòu),在前驅(qū)液中繼續(xù)加入模板乙酸鋅,在經(jīng)退火處理后來制備孔洞結(jié)構(gòu)更加均勻的多孔碳纖維結(jié)構(gòu),并測量其電化學(xué)性能。自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)在電流密度為0.2 A/g的電容值達(dá)到了180 F/g,是自支撐碳纖維結(jié)構(gòu)的大約6倍,表現(xiàn)出自支撐多孔碳纖維材料良好的電容性能。(2)將靜電紡絲制備出的自支撐泡沫狀多孔碳纖維作為電極材料的基底,測試其負(fù)載MnO_2后的電容性能。實(shí)驗(yàn)顯示在1000°C的溫度熱處理時(shí)ZnO和C完全反應(yīng),模板被完全去除,用兩個(gè)熱處理溫度對(duì)比來說明多孔結(jié)構(gòu)的形成過程,同時(shí)也驗(yàn)證ZnO和C反應(yīng)的機(jī)理。將這個(gè)溫度下得到的多孔碳纖維作為基底,再在其上面生長MnO_2納米片,通過TEM,Raman,XPS表征,錳元素以+4價(jià)形式存在,制備出了MnO_2,通過電化學(xué)測試得到的自支撐多孔碳纖維負(fù)載MnO_2的電容值是自支撐碳纖維負(fù)載MnO_2的2.1倍,表現(xiàn)出自支撐多孔碳纖維負(fù)載MnO_2電極材料擁有更好的電化學(xué)性能。(3)本章嘗試通過模板TiO_2和ZnO模板來進(jìn)行對(duì)比來制備多孔碳材料,通過對(duì)比體現(xiàn)出哪種模板更具優(yōu)勢。然后對(duì)二氧化鈦和碳纖維的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行氫化來負(fù)載MnO_2并測試其電化學(xué)性能。通過在靜電紡絲的高聚物前驅(qū)液中加入TiO_2納米顆粒來制備自支撐碳纖維和TiO_2復(fù)合結(jié)構(gòu)。首先嘗試通過利用NaOH和TiO_2的反應(yīng)來去除模板。依照上述的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行TEM表征,發(fā)現(xiàn)有TiO_2的殘余,可能是因其復(fù)合結(jié)構(gòu)中有部分的TiO_2被包含在碳纖維內(nèi)部比較深的位置。其次是直接對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)其進(jìn)行氫化處理,增加碳的碳化程度,同時(shí)增加TiO_2的氧空位,在氫化后的復(fù)合結(jié)構(gòu)上沉積MnO_2并測試其電化學(xué)性能。測得氫化后的自支撐碳纖維和TiO_2復(fù)合結(jié)構(gòu)在沉積MnO_2以后的電容值是氫化前的2倍,顯示出其是很有潛力的電極復(fù)合材料。
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【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ342.742;TM53

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐娟;劉家琴;李靖巍;王巖;呂s，

本文編號(hào)：1744470