磷腈前驱体制备的杂原子掺杂的多孔碳材料及其电化学性能研究
发布时间：2021-07-12 17:01
磷腈材料是一类以氮原子和磷原子交替为主链结构,侧链可通过亲核取代反应进行调节的一类有机-无机高分子。其高氮、磷含量有利于原位制备杂原子掺杂的碳材料,且热解气脱除过程中可原位形成气孔以制备具有互穿孔道结构的多孔碳材料。杂原子掺杂的微/介孔碳材料以其优异的电化学性能在超级电容器及电催化领域已有广泛应用,但是高分子聚合物前驱体在碳化过程中,会发生分子链的自由运动并聚集而使最终产物多为少孔的碳块,因此,论文着手于应用不同的化学原理,制备聚磷腈基多孔碳材料。因聚磷腈特有的化学活性,可以根据需要制备含有不同功能取代基的聚合物,论文中,选用了苯基含量较高的苯氧基聚磷腈（PDPP）,可发生自聚合反应的丁香酚氧基环磷腈（6ECP）和具有化学交联点的对乙基苯氧基和苯氧基混合取代的芳氧基聚磷腈弹性体（PDAP）为前驱体,通过不同的化学机理,制备了不同结构和性能的多孔碳材料,并研究了其在电化学领域的应用。1、以PDPP为前驱体,利用传统的碳化和活化原理,制备了制备了新型的杂原子掺杂多孔碳材料,通过重点研究800 ℃碳化及活化前后碳材料表面形貌及元素对比可知,活化过程使块状碳材料的表面产生了大量的孔结构,尽管杂...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１各种能量储存和转换装置的Ｒａｇｏｎｅ图｜７］??
和电解质之间的电荷转移，如氧化还原反应；非法拉第机制不涉及化学机理，主??要是通过物理过程将电荷分布在电极表面，而这些物理过程不涉及化学键的形成??或断裂ｔ３，９，ｕ＞］。双电层电容器和赝电容器的电荷储存机理如图１＿２所示。因此，??与赝电容器相比，ＥＤＬＣｓ通常具有更长的循环寿命和更高的速率，但是其提供??的能量密度却并不高。顾名思义，混合电容器包含了?ＥＤＬＣｓ和赝电容器的双重??机制［３］。??０?０??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｄｔａｎｃｅ??〇?一?…一??＇Ｓ＇?－?Ｊ＾Ｕ－ｓｏｔｖａｔｅｄ?〇?Ｗ??名?ｉ〇ｎ?｜?：Ｒｕ＊ｖ〇２?＋?ｘＨｎＸｅ－??！?＾?￣?＾?＾??２?＾０ｄｏｕｈｌｅ?２；?１?Ｒｕ，ｖ１．ｘｒｕｉｉ，ｘｏ２ｈｘ??＾?，ａｙｅｒ?３?Ｐ??〇?１??ｈ?￣Ｈ￣０．６?ｔｏ?１?ｎｍ?—ｎｍ?ｔｏ?”ｒｒｖｔｈｉｃｋ??图１－２电化学双电层电容（ａ）和赝电容（ｂ）的电荷存储示意图［ｉｎ??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｏｆ?（ａ）?ＥＤＬＣｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ??２??
?ＥＤＬＣｓ是将两个电极浸在电解质中，中间由具有离子渗透性的隔膜隔开［１，１２］。??图１－３为典型双电层电容器的充放电示意图，当对两电极施加电压时，电荷在电??极表面堆积，在不同电荷的吸引下，电解质溶液中的离子穿过隔膜扩散到含有相??反电荷的电极材料中的孔结构中，而被隔开的电极设计能够防止离子的再结合，??因此，在每个电极上都会产生一层电荷，此过程中电极和电解质之间没有电荷转??移［１］。双电层机制、较高的电极比表面积以及较小的电极间距都使ＥＤＬＣｓ能够??获得比传统电容器具有更高的能量密度。非法拉第过程使ＥＤＬＣｓ的电荷存储具??有可逆性，故而循环稳定性较高，有时多达１０５？１０６次［１（），１３］。??〇ｈａｒ９ｉｎｇ，?：ｉ?ｉ：ｉ??＼?Ｓｅｐｅｒａｔｏｒ?／?Ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??图１－３超级电容器的充放电过程［１］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｈａｒｇｉｎｇ／ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?ａ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??电极材料的理想双电层电容行为主要由呈矩形的伏安特性曲线体现，如图??１－４中曲线１所示。从图中可以看到，当电位扫描反转后，电流的正负也立即发??生反转。能量的储存完全依赖于纯粹的静电作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]氟代烷氧基聚磷腈弹性体的合成及性能研究[J]. 葛徐涛,张双琨,苗振威,马翰林,武德珍,吴战鹏. 固体火箭技术. 2017(01)
[2]交联型氟代烷氧基聚膦腈弹性体的制备及其性能研究[J]. 王泊文,张文豪,张双琨,武德珍,吴战鹏. 化工新型材料. 2016(09)
[3]乙氧基-苯氧基取代聚磷腈弹性体的合成及其热性能研究[J]. 张文豪,吴战鹏,刘伟,武德珍. 北京化工大学学报(自然科学版). 2013(02)
本文编号：3280302
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１各种能量储存和转换装置的Ｒａｇｏｎｅ图｜７］??
和电解质之间的电荷转移，如氧化还原反应；非法拉第机制不涉及化学机理，主??要是通过物理过程将电荷分布在电极表面，而这些物理过程不涉及化学键的形成??或断裂ｔ３，９，ｕ＞］。双电层电容器和赝电容器的电荷储存机理如图１＿２所示。因此，??与赝电容器相比，ＥＤＬＣｓ通常具有更长的循环寿命和更高的速率，但是其提供??的能量密度却并不高。顾名思义，混合电容器包含了?ＥＤＬＣｓ和赝电容器的双重??机制［３］。??０?０??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｄｔａｎｃｅ??〇?一?…一??＇Ｓ＇?－?Ｊ＾Ｕ－ｓｏｔｖａｔｅｄ?〇?Ｗ??名?ｉ〇ｎ?｜?：Ｒｕ＊ｖ〇２?＋?ｘＨｎＸｅ－??！?＾?￣?＾?＾??２?＾０ｄｏｕｈｌｅ?２；?１?Ｒｕ，ｖ１．ｘｒｕｉｉ，ｘｏ２ｈｘ??＾?，ａｙｅｒ?３?Ｐ??〇?１??ｈ?￣Ｈ￣０．６?ｔｏ?１?ｎｍ?—ｎｍ?ｔｏ?”ｒｒｖｔｈｉｃｋ??图１－２电化学双电层电容（ａ）和赝电容（ｂ）的电荷存储示意图［ｉｎ??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｏｆ?（ａ）?ＥＤＬＣｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ??２??
?ＥＤＬＣｓ是将两个电极浸在电解质中，中间由具有离子渗透性的隔膜隔开［１，１２］。??图１－３为典型双电层电容器的充放电示意图，当对两电极施加电压时，电荷在电??极表面堆积，在不同电荷的吸引下，电解质溶液中的离子穿过隔膜扩散到含有相??反电荷的电极材料中的孔结构中，而被隔开的电极设计能够防止离子的再结合，??因此，在每个电极上都会产生一层电荷，此过程中电极和电解质之间没有电荷转??移［１］。双电层机制、较高的电极比表面积以及较小的电极间距都使ＥＤＬＣｓ能够??获得比传统电容器具有更高的能量密度。非法拉第过程使ＥＤＬＣｓ的电荷存储具??有可逆性，故而循环稳定性较高，有时多达１０５？１０６次［１（），１３］。??〇ｈａｒ９ｉｎｇ，?：ｉ?ｉ：ｉ??＼?Ｓｅｐｅｒａｔｏｒ?／?Ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??图１－３超级电容器的充放电过程［１］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｈａｒｇｉｎｇ／ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?ａ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ??电极材料的理想双电层电容行为主要由呈矩形的伏安特性曲线体现，如图??１－４中曲线１所示。从图中可以看到，当电位扫描反转后，电流的正负也立即发??生反转。能量的储存完全依赖于纯粹的静电作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]氟代烷氧基聚磷腈弹性体的合成及性能研究[J]. 葛徐涛,张双琨,苗振威,马翰林,武德珍,吴战鹏. 固体火箭技术. 2017(01)
[2]交联型氟代烷氧基聚膦腈弹性体的制备及其性能研究[J]. 王泊文,张文豪,张双琨,武德珍,吴战鹏. 化工新型材料. 2016(09)
[3]乙氧基-苯氧基取代聚磷腈弹性体的合成及其热性能研究[J]. 张文豪,吴战鹏,刘伟,武德珍. 北京化工大学学报(自然科学版). 2013(02)
本文编号：3280302
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