喹啉沥青的合成及其多孔炭电容性能研究
发布时间：2021-01-08 14:08
随着化石能源的不断消耗及其所带来的环境污染的日益严重,强烈需求发展诸如风能、太阳能、核能等绿色可持续能源,但这些能源的储存问题,是影响它们充分发展的关键。超级电容器等化学储能器件的出现,很好地解决了这个问题。超级电容器（SC）因具有高功率密度、循环次数几乎无限等优点,而被广泛用于存储器备用电源系统、工业电源和能量管理系统。多孔炭材料常用作SC的电极材料,其中含氮多孔炭具有比纯碳材料更优异的电化学性能而受到人们青睐。本文以含氮单体喹啉为原料、三氯化铝为催化剂,采用自升压法制备了高纯的喹啉沥青,测量了其软化点、结焦值、族组成、灰分等基本性质,利用FTIR、UV-vis、GC-MS、GPC、XPS分析了其化学结构,接着通过TG/DTG、XRD、Raman、PLM研究了其碳化行为及焦炭的微观结构,最后通过KOH和Zn Cl2活化制备了含氮多孔炭（NPC）,利用XRD、Raman、XPS、N2吸附测量仪及SEM、TEM分析了炭骨架结构、孔结构及形貌和表面性质,在6M KOH溶液中通过三电极测试系统详细地考察了其电容性能。研究结果表明:（1）合成的喹啉沥青是由不同分子量的含氮芳烃组成,数均分子量在...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PANI纳米纤维及相关电容性能测试
1.绪论4图1.3PANI纳米纤维及相关电容性能测试Fig.1.3PANInanofiberandrelatedcapacitanceperformancetestYang[34]等人通过添加或不添加表面活性剂的油水界面聚合合成了独立的PPy膜，用表面活性剂制备的膜具有更孝更多的孔或泡(图1.4)，并表现出优异的电化学性能，在扫描速率为25mV/s时，比电容达为261F/g，在相同扫描速率下，经过1000次循环后保持初始电容值的75%。图1.4聚吡咯薄膜的SEM图像Fig.1.4SEMimagesofPPyfilms过渡金属氧化物是赝电容材料的另一个代表。文献中报道较多的过渡金属氧化物主要包括有RuO2、MnO2、V2O5、TiO2(B)、T-Nb2O5、Co3O4等[35-41]，这些过渡金属氧化物具有形貌可控，高的电容性能，较好的循环稳定性等优点受到了很多科研工作者的关注，但是这些过渡金属氧化物的价格昂贵不易被商业化生产，
辽宁科技大学硕士学位论文5所制备的电极不能在酸性电解质中应用，这限制了过渡金属氧化物电化学电容器的应用[15,41-44]。Li等人[45]使用简单且可扩展的方法，在100℃、室温、冰浴中进行反应，制备了由超薄纳米薄片组装的分级MnO2纳米结构，分别用HT-MnO2，RT-MnO2和LT-MnO2(HT、RT和LT分别代表高温，室温和低温)标记所得的产物。LTMnO2的扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像显示在图1.5中。MnO2纳米球由具有低结晶度的小纳米薄片组装而成，与RT-MnO2(173.6m2/g)和HT-MnO2(164.6m2/g)相比，LT-MnO2显示出最大的比表面积(269.0m2/g)。此外，与RT-MnO2(140F/g)和HT-MnO2(120F/g)相比，LT-MnO2在20A/g(1molL-1Na2SO4)下具有最高的比电容(176F/g)。如图1.5f所示，在功率密度为250W/kg时，LT-MnO2在三种样品中的最高能量密度为45.6Wh/kg(RT-MnO2为42.2Wh/kg)和HT-MnO2为37.9Wh/kg)。图1.5(a)LT-MnO2的SEM和(b)、(c)TEM图像。三种样品的电化学性能;(d)0.5A/g恒电流充放电曲线;(e)不同电流密度下的比电容;(f)Ragone图Fig.1.5(a)SEMand(b),(c)TEMimagesofLT-MnO2.(d)Electrochemicalperformanceofthreesamples:0.5A/gconstantcurrentchargeanddischargecurve;(e)specificcapacitanceatdifferentcurrentdensities;(f)Ragonediagram大多数过渡金属氧化物属于带隙较大的半导体[46]，宽频带隙导致电子和空穴浓度较低，导致电导率较低。鉴于此，研究者设计出一种方案，就是将导电聚合物和过渡金属氧化物复合制备一种新型的电容器电极材料[47]-[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂多孔碳材料的制备及其吸附性能研究[J]. 赵静,王苗苗,张建安,吴明元,吴庆云,杨建军. 化工新型材料. 2019(08)
[2]中温沥青中甲苯可溶组分的热解特性及热转化产物的性质[J]. 朱亚明,赵雪飞,程俊霞,刘巍,吕君,王莹. 材料导报. 2017(12)
[3]分等级孔道含氮多孔炭作超级电容器电极材料的研究(英文)[J]. 郝广平,米娟,李多,曲文慧,吴挺俊,李文翠,陆安慧. 新型炭材料. 2011(03)
博士论文
[1]煤基多孔炭及其钼基复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 高莎莎.新疆大学 2019
[2]沥青中间相炭材料的形成及其微结构与缺陷的研究[D]. 陈雷.湖南大学 2018
硕士论文
[1]生物质多孔碳制备及其改性硫正极电化学性能研究[D]. 徐红.西安理工大学 2019
[2]生物质基超级电容器电极材料的制备与性能研究[D]. 袁梦莹.齐鲁工业大学 2019
[3]基于导电聚合物超级电容器电极材料的制备与表征[D]. 李世华.河北大学 2019
[4]多孔碳基氧电极催化剂的设计合成与可充放电锌-空气电池性能研究[D]. 陈思.山东大学 2019
[5]聚（6-羧基吲哚）纳米线阵列的制备及其电致变色—超级电容器性能[D]. 史良.青岛科技大学 2018
[6]导电聚合物/金属氧化物电荷产生层的制备与电荷产生机理的研究[D]. 雷勇.西南大学 2017
[7]过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能研究[D]. 张伟丰.浙江大学 2013
[8]超级电容器用聚噻吩/聚苯胺/活性炭复合电极材料的研究[D]. 高峰阁.北京化工大学 2010
本文编号：2964733
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PANI纳米纤维及相关电容性能测试
1.绪论4图1.3PANI纳米纤维及相关电容性能测试Fig.1.3PANInanofiberandrelatedcapacitanceperformancetestYang[34]等人通过添加或不添加表面活性剂的油水界面聚合合成了独立的PPy膜，用表面活性剂制备的膜具有更孝更多的孔或泡(图1.4)，并表现出优异的电化学性能，在扫描速率为25mV/s时，比电容达为261F/g，在相同扫描速率下，经过1000次循环后保持初始电容值的75%。图1.4聚吡咯薄膜的SEM图像Fig.1.4SEMimagesofPPyfilms过渡金属氧化物是赝电容材料的另一个代表。文献中报道较多的过渡金属氧化物主要包括有RuO2、MnO2、V2O5、TiO2(B)、T-Nb2O5、Co3O4等[35-41]，这些过渡金属氧化物具有形貌可控，高的电容性能，较好的循环稳定性等优点受到了很多科研工作者的关注，但是这些过渡金属氧化物的价格昂贵不易被商业化生产，
辽宁科技大学硕士学位论文5所制备的电极不能在酸性电解质中应用，这限制了过渡金属氧化物电化学电容器的应用[15,41-44]。Li等人[45]使用简单且可扩展的方法，在100℃、室温、冰浴中进行反应，制备了由超薄纳米薄片组装的分级MnO2纳米结构，分别用HT-MnO2，RT-MnO2和LT-MnO2(HT、RT和LT分别代表高温，室温和低温)标记所得的产物。LTMnO2的扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像显示在图1.5中。MnO2纳米球由具有低结晶度的小纳米薄片组装而成，与RT-MnO2(173.6m2/g)和HT-MnO2(164.6m2/g)相比，LT-MnO2显示出最大的比表面积(269.0m2/g)。此外，与RT-MnO2(140F/g)和HT-MnO2(120F/g)相比，LT-MnO2在20A/g(1molL-1Na2SO4)下具有最高的比电容(176F/g)。如图1.5f所示，在功率密度为250W/kg时，LT-MnO2在三种样品中的最高能量密度为45.6Wh/kg(RT-MnO2为42.2Wh/kg)和HT-MnO2为37.9Wh/kg)。图1.5(a)LT-MnO2的SEM和(b)、(c)TEM图像。三种样品的电化学性能;(d)0.5A/g恒电流充放电曲线;(e)不同电流密度下的比电容;(f)Ragone图Fig.1.5(a)SEMand(b),(c)TEMimagesofLT-MnO2.(d)Electrochemicalperformanceofthreesamples:0.5A/gconstantcurrentchargeanddischargecurve;(e)specificcapacitanceatdifferentcurrentdensities;(f)Ragonediagram大多数过渡金属氧化物属于带隙较大的半导体[46]，宽频带隙导致电子和空穴浓度较低，导致电导率较低。鉴于此，研究者设计出一种方案，就是将导电聚合物和过渡金属氧化物复合制备一种新型的电容器电极材料[47]-[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂多孔碳材料的制备及其吸附性能研究[J]. 赵静,王苗苗,张建安,吴明元,吴庆云,杨建军. 化工新型材料. 2019(08)
[2]中温沥青中甲苯可溶组分的热解特性及热转化产物的性质[J]. 朱亚明,赵雪飞,程俊霞,刘巍,吕君,王莹. 材料导报. 2017(12)
[3]分等级孔道含氮多孔炭作超级电容器电极材料的研究(英文)[J]. 郝广平,米娟,李多,曲文慧,吴挺俊,李文翠,陆安慧. 新型炭材料. 2011(03)
博士论文
[1]煤基多孔炭及其钼基复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 高莎莎.新疆大学 2019
[2]沥青中间相炭材料的形成及其微结构与缺陷的研究[D]. 陈雷.湖南大学 2018
硕士论文
[1]生物质多孔碳制备及其改性硫正极电化学性能研究[D]. 徐红.西安理工大学 2019
[2]生物质基超级电容器电极材料的制备与性能研究[D]. 袁梦莹.齐鲁工业大学 2019
[3]基于导电聚合物超级电容器电极材料的制备与表征[D]. 李世华.河北大学 2019
[4]多孔碳基氧电极催化剂的设计合成与可充放电锌-空气电池性能研究[D]. 陈思.山东大学 2019
[5]聚（6-羧基吲哚）纳米线阵列的制备及其电致变色—超级电容器性能[D]. 史良.青岛科技大学 2018
[6]导电聚合物/金属氧化物电荷产生层的制备与电荷产生机理的研究[D]. 雷勇.西南大学 2017
[7]过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能研究[D]. 张伟丰.浙江大学 2013
[8]超级电容器用聚噻吩/聚苯胺/活性炭复合电极材料的研究[D]. 高峰阁.北京化工大学 2010
本文编号：2964733
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