掺杂TiO<,2>炭气凝胶的制备及电化学应用
炭气凝胶是一种具有高比表面积、高电导率和发达的中孔结构的三维网络状结构材料，被视为一种极具潜力的双电层(EDLC)电极材料。纳米二氧化钛作为一种金属掺杂物，将其掺杂到炭气凝胶中对凝胶进行改性，不但可以改变凝胶的孔结构分布，而且可能在电吸附过程中能够增加电吸附量和抑制物理吸附。
本文以间苯二酚、甲醛、钛酸四丁酯为原料，通过溶胶-凝胶法制备了一系列掺杂TiO2的有机气凝胶，然后在石油醚超临界条件下干燥，在氮气保护下炭化得到掺杂TiO2的炭气凝胶，在溶胶-凝胶过程中采用乙醇作为溶剂取代传统的溶剂水。用TG、TEM、SEM、XRD、BET等方法对材料的形态和微观结构进行了表征。结果显示，掺杂一定量的TiO2可以扩大凝胶的孔容和平均孔径，纳米TiO2在900℃炭化条件下依然保持锐钛矿型且均匀分布在凝胶内部，而且从500℃到1100℃的炭化温度范围内，晶型均没有转化为金红石。TiO2的掺入还使炭气凝胶出现了石墨化微晶结构。
用循环伏安，交流阻抗，恒流充放电实验表征了样品的电化学性能。循环伏安结果显示，电极材料有良好的可逆性和高的比电容，但是二氧化钛并没有发生氧化还原反应。交流阻抗结果显示电极材料有良好的电容性能和极低的阻抗。恒流充放电测试显示，掺杂20％TiO2时样品比电容最高可达165 F/g，在10mA电流下充放电10000个循环后比电容仅仅衰减8％且库伦效率保持100％。
将制得的凝胶应用于设计的电吸附模块(CDI)进行电吸附脱盐实验，在电吸附试验中，考察了掺杂TiO2以及流速，电压，浓度对电吸附的影响。结果表明：掺杂TiO2可以极大的抑制物理吸附和提高电吸附量，掺杂20％TiO2时电吸附量是没有掺杂二氧化钛的样品的4.5倍。
炭气凝胶;电极材料;纳米二氧化钛;金属掺杂物;孔结构分布;微晶结构
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
孟庆函
2010
中文
TQ427.26;O646.54
71
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）