多孔碳材料的制备及电化学储能的应用
多孔碳纳米材料由于具有较高的比表面积和一定的导电性，在表面及导电性相关的电化学电极材料及污染物处理等方面有巨大的应用潜力。特别是在超级电容器电极材料方面，多孔碳的较高表面积、多维孔道结构、合适孔径和一定的导电性都有利于电荷和电解质离子的快速传输，从而提供较高比容、倍率性能及循环稳定性，有效提高电容器件能量密度和功率输出特性。本文主要采用天然原料作为前驱物，通过碳化和活化处理，制备高性能超级电容器电极材料，主要研究内容包括以下几个方面: (1)以法国梧桐果实为原料，采用高温碳化及碱活化，获得具有一定石墨化、较高比表面积(1012 m2 g-1)，兼具微孔、介孔及大孔的亲水性多级孔结构的碳微米管，通过三种孔结构协同作用建立高效电解质/电荷传输通道，将其用于电双层超级电容器能提供较高比容(215.38 F g-1)、倍率及循环稳定性。同时利用该多孔碳微米管的高比表面积用于有机染料进行吸附处理，获得了550 mg g-1的吸附容量，同时对吸附等温线、吸附动力学及方式进行了系统分析，探讨了这类材料在表面相关应用领域的应用性能与其结构特征之间的联系。 (2)以蛋清作为异质元素和碳源，与石墨烯进行高温碳化和活化处理，获得了氮掺杂石墨烯包覆多孔碳材料，并探讨了这类复合材料在超级电容器电极材料中的电化学储能性能。在这类复合物中，氮元素的掺杂，以及石墨烯与多孔碳之间多维孔道结构都有助于器件的储能性能，所制作的超级电容器比电容高达333 F g-1，并且具有较高的倍率和循环性能。将单个器件通过串联组装形成的电容组件仍能维持较高比容，显示出该材料在电化学储能方面的应用潜力。 (3)采用鱼鳞作为前驱体，通过碳化处理获得了较高石墨化程度的多层片状多孔碳纳米材料，将其用于电双层电容器的电极材料，其比容接近200 F g-1。另外采用水热处理鱼鳞制备出碳量子点，其量子产率高达0.52，该量子点在各种金属离子存在的复杂化学环境中仍能保持良好的发光性能，可望在荧光分析方面获得较好抗干扰能力。
超级电容器;多孔碳材料;氮掺杂;电化学储能;活化处理
河南师范大学
硕士
材料学
蒋凯
2015
中文
TM53;TM242
76
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）