生物质多孔碳负载金属钴及其化合物复合材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2020-12-15 07:21
目前,过渡金属及其氧化物、氢氧化物负载的碳材料已广泛应用于电化学领域。鉴于石墨烯、碳纳米管等碳材料的制备过程复杂且条件苛刻、成本高、环境污染大等问题,以生物质为碳源制备碳材料的研究逐渐受到重视。因此本工作以来源丰富,无污染,且廉价易得的生物质材料壳聚糖和金属盐为原料来制备多孔碳材料负载金属及其氧化物、氢氧化物的复合材料,并考察其形貌、结构、形成过程和电化学性能（包括HER、超级电容器和OER）。主要内容与结论如下:（1）以壳聚糖作为碳源,利用尿素作为软模板剂和支撑骨架,形成特殊的碳束结构,以聚醚F127为表面活性剂,利用其形成的胶束,实现钴离子的均匀分散,经高温热解得到石墨化程度较高的多孔掺氮碳材料和均匀负载的单质钴复合材料（Co@NPC）,然后在空气中低温氧化,利用柯肯达尔效应,得到多孔碳负载的空心四氧化三钴复合材料（Co3O4@NPC）。对所制备的材料进行表征并考察其HER及电容性能。结果表明:最优条件（醋酸钴与F127的质量比为1:4,壳聚糖与尿素的质量比为1:6）下制备的Co@NPC,钴颗粒被碳层包裹并均匀分布在基底碳材料上;在碱性介...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AAO氢键自组装法制备纳米孔碳纳米管的流程图
华南理工大学硕士学位论文纤维素与 KOH 和尿素混合均匀并在 80oC 下烘干，在此过程中，KOH 和尿素会重结晶形成片层结构，而纤维素则包覆在该片层结构上（图 1-11）。然后将该混合物在高温下进行热解活化，纤维素发生聚合和热解反应，尿素发生分解并与碳和 KOH 反应，同时KOH 与碳发生如下反应（式 1-1），并随后伴随 K2CO3的分解以及 K/K2CO3/CO2和碳的反应，最终形成高表面积的多孔碳纳米片。该材料在 CO2吸附中表现出良好的性能。6KOH + 2C → 2K + 3H2+ 2K2CO3（式 1-1）
又称之为电化学电容器[68]，是目前一种新型的储能设备。根据超的电荷储存原理，可将其分为双电层电容器[69, 70]和赝电容电容器[71]。双电层电容器的电能以主要静电的方式进行储存，它利用电极材料的高比表面电解液和电极表面形成稳定的双电层。双电层的概念率先由德国科学家 Helm，在 Gouy、Stern 等人的拓展和补充完善后逐渐形成了如今较为成熟的双电层如图 1-12 所示，双电层电容器在进行充电过程的中，电子受到外加电场的作负极上，溶液中的阳离子受到电子的吸引向阴极移动，阴离子向缺电子的正极负极极板和电解液界面上形成相反的电荷层，这个电荷层叫做双电层。在放电两极电位差作用下，两极上的电荷由外电路释放，形成电流，电解液恢复电中放电过程。因此双电层电容器整个工作过程始终为物理过程，因此性能稳定，较长。
【参考文献】：
期刊论文
[1]层状双金属氢氧化物/石墨烯复合材料及其在电化学能量存储与转换中的应用[J]. 王海燕,石高全. 物理化学学报. 2018(01)
[2]多孔生物质碳材料的制备及应用研究进展[J]. 王晓丹,马洪芳,刘志宝,陈张豪,刘鑫鑫. 功能材料. 2017(07)
[3]氧还原和析氧反应的双功能电催化剂——氮磷共掺碳负载四氧化三钴（英文）[J]. 黄颖彬,张敏,柳鹏,程发良,王立世. 催化学报. 2016(08)
[4]掺氮介孔炭作为双功能材料用于氧还原与超级电容器(英文)[J]. 梁群英,苏红,闫晶,梁俊杰,曹水良,袁定胜. 催化学报. 2014(07)
[5]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
博士论文
[1]金属氧化物/碳微球复合材料超级电容特性研究[D]. 汪形艳.湘潭大学 2011
硕士论文
[1]基于生物质炭的电化学析氢复合催化剂开发[D]. 徐凡.浙江大学 2017
本文编号：2917892
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AAO氢键自组装法制备纳米孔碳纳米管的流程图
华南理工大学硕士学位论文纤维素与 KOH 和尿素混合均匀并在 80oC 下烘干，在此过程中，KOH 和尿素会重结晶形成片层结构，而纤维素则包覆在该片层结构上（图 1-11）。然后将该混合物在高温下进行热解活化，纤维素发生聚合和热解反应，尿素发生分解并与碳和 KOH 反应，同时KOH 与碳发生如下反应（式 1-1），并随后伴随 K2CO3的分解以及 K/K2CO3/CO2和碳的反应，最终形成高表面积的多孔碳纳米片。该材料在 CO2吸附中表现出良好的性能。6KOH + 2C → 2K + 3H2+ 2K2CO3（式 1-1）
又称之为电化学电容器[68]，是目前一种新型的储能设备。根据超的电荷储存原理，可将其分为双电层电容器[69, 70]和赝电容电容器[71]。双电层电容器的电能以主要静电的方式进行储存，它利用电极材料的高比表面电解液和电极表面形成稳定的双电层。双电层的概念率先由德国科学家 Helm，在 Gouy、Stern 等人的拓展和补充完善后逐渐形成了如今较为成熟的双电层如图 1-12 所示，双电层电容器在进行充电过程的中，电子受到外加电场的作负极上，溶液中的阳离子受到电子的吸引向阴极移动，阴离子向缺电子的正极负极极板和电解液界面上形成相反的电荷层，这个电荷层叫做双电层。在放电两极电位差作用下，两极上的电荷由外电路释放，形成电流，电解液恢复电中放电过程。因此双电层电容器整个工作过程始终为物理过程，因此性能稳定，较长。
【参考文献】：
期刊论文
[1]层状双金属氢氧化物/石墨烯复合材料及其在电化学能量存储与转换中的应用[J]. 王海燕,石高全. 物理化学学报. 2018(01)
[2]多孔生物质碳材料的制备及应用研究进展[J]. 王晓丹,马洪芳,刘志宝,陈张豪,刘鑫鑫. 功能材料. 2017(07)
[3]氧还原和析氧反应的双功能电催化剂——氮磷共掺碳负载四氧化三钴（英文）[J]. 黄颖彬,张敏,柳鹏,程发良,王立世. 催化学报. 2016(08)
[4]掺氮介孔炭作为双功能材料用于氧还原与超级电容器(英文)[J]. 梁群英,苏红,闫晶,梁俊杰,曹水良,袁定胜. 催化学报. 2014(07)
[5]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
博士论文
[1]金属氧化物/碳微球复合材料超级电容特性研究[D]. 汪形艳.湘潭大学 2011
硕士论文
[1]基于生物质炭的电化学析氢复合催化剂开发[D]. 徐凡.浙江大学 2017
本文编号：2917892
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