细菌纤维素基能源材料的制备及其电化学性能研究
细菌纤维素因其独特的纳米纤维网络结构具有较强的可设计性，同时纤维的高强度和表面丰富的羟基官能团为其作为一种优良的自支撑柔性基体提供了充分的可能。来源广泛，成本低，无毒绿色环保成为了其迅速发展的有利因素。在细菌纤维素基体上负载活性物质，或作为碳源大量制备活性炭材料作电极材料成为了其在能源材料领域的主要应用之一。本文通过细菌纤维素纳米纤维表面包覆聚吡咯活性物质，聚吡咯/细菌纤维素复合碳源热解炭化，细菌纤维素气凝胶铜离子吸附材料热解炭化三种方式制备得到三种样品，并对其相关材料特性和电化学性能进行了表征，主要研究内容如下: (1)探究制备聚吡咯包覆细菌纤维素纳米纤维电极材料的最优方法，并调控浓度因素，得到单位面积负载12mg以上的高负载电极材料，其具有稳定的倍率性能和良好的面积比电容(964mF cm-2，1mA cm-2)，且在拓宽窗口至2.0V之后仍有着良好的性能，并且提升能量密度至97.4μWh cm-2（4.2mW cm-2）。经10000次循环过后容量损失在15％以内，克服了导电聚合物的长时间使用的寿命问题。 (2)以(1)中所得材料为碳源，制备得到含氮碳纳米纤维材料，探索了该过程中温度的最佳条件和活化过程所带来的性能提高。对纳米纤维结构的碳材料进行了形貌和结构分析和电化学性能表征。最终在800℃及1∶5碱炭比活化下制得最优样品比容量为289F/g(0.5A/g)和200F/g(20A/g)。且随着循环次数的增多性能还有着逐步的提高。 (3)分别采用PVA共混和化学接枝的方法，得到对铜离子具备优良吸附能力的改性细菌纤维素气凝胶材料，在5mg/L的铜离子模拟废液中最高(EDA-BC)可以达到63.7％的吸附效率。将吸附材料分离处理之后经炭化高温处理可以得到具有高倍率高比电容（119.9F/g，20A/g）的负载Cu/CuO的碳基材料，并用于超级电容器电极材料的使用。
电极材料;细菌纤维素;聚吡咯;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
于运花
2019
中文
TM242;TM205.1
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）