聚酞菁基多孔炭材料的制备及电容性能研究
超级电容器的储能应用受到能量密度低的限制，使用非水性电解液可扩大其工作电压(V)到大约2.0-4.0V，由此可达到有效提升能量密度和电荷储能能力的效果。然而，非水性电解液中的阴阳离子半径通常都比较大，溶液也更加粘稠，从客观上来讲，这或将减缓离子传输和扩散，在这种情况下，非水系电解液基超级电容器中的电极材料要求具备大的表面积和大微孔、小介孔这样的孔道来积累和释放静电电荷，否则就会导致导电性能差，离子传输和扩散受阻。 目前常用的单一活化剂很难制造具有足有宽度的孔道来为非水系离子的传输和储存提供便捷。鉴于活化剂和炭前体的分散性不可控，通过协同活化方法来调节微孔的孔隙且尽量使孔隙位置均匀分布而孔径尺寸集中构成并非易事，因此，采用碳化活化法进行精确成孔仍然是一个巨大的挑战。 本论文提出了一种合理的共活化制备多孔碳方法，由于金属聚酞菁是一种具有π-π共轭平面的金属有机大分子，一方面其碳化过程中有着向层状结构的碳质转化的趋势，这有利于形成二维结构;另一方面，基底面上呈现分散均匀的金属离子单元，加之聚酞菁平面边缘的羧基与KOH的K+接枝(MPPc-g-KOH)可实现双金属均匀混合。以上优势有助于形成大量足够宽的微孔通道，以制备具有大比表面积和窄孔径分布的多孔碳材料。 由聚酞菁锌为前驱体加入KOH作为活化剂衍生的Zn2+/K+共活性多孔碳材料(PC-ZnPPc)，提供了更多的电荷存储位置和更快的离子传输通道，因此在1MTEABF4/AN电解液中具有优异的电容性能。继续选用能提供更大电势窗口的离子电解液(EMIMBF4)进行器件的组装，由聚酞菁镁为前驱体与KOH进行共活化衍生出的多孔碳材料(PC-MgPPc)孔径集中分布在3nm，更适合离子半径，实现比表面积的更高利用率，其对应组装的SC，测试计算得出了更吸引人的储能特性。
双金属协同活化;聚酞菁;超级电容器;多孔炭材料
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
张正平
2021
中文
TQ424.15
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）