一步热裂解制备碳基纳米复合材料及在吸波和电化学的应用
发布时间：2021-10-09 02:11
碳纳米管、石墨因具有高导电、高强度、高弹性、高长径比、大比表面积和高吸收等等特性而被人广泛熟知。含有碳纳米管或石墨的碳基纳米复合材料若引入铁化物（Fe3O4/Fe3C）,可使其同时兼有碳纳米材料和金属化物的优点。本文以本实验室之前已合成的二茂铁基聚合物（PDPFDE）为原料,通过一步热裂解PDPFDE制备得到一种新型碳基纳米复合材料。探究裂解温度和裂解时间对其结构的影响,同时探究碳基纳米复合材料在吸波、超级电容器的应用,其详细的研究如下:1)本文采用一步裂解PDPFDE制备了碳基纳米复合材料,探讨了不同裂解温度（550°C-2h,650°C-2h和750°C-2h）、不同裂解时间（650oC-1h、650°C-2h和650oC-3h）下其碳基纳米复合材料的结构。在所有碳基纳米复合材料中,通过SEM、TEM、XRD分析可初步判断具有最佳形貌的是650°C-2h碳基纳米复合材料。650°C-2h碳基纳米复合材料含有多壁碳纳米管和石墨这两个特殊的碳材料,又因碳化含有二茂铁的聚合物引入Fe3O4<...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
材料的电磁微波吸收示意图
西南科技大学硕士学位论文12要利用环保材料低成本制造超级电容器[78,79]，经常掺杂Fe、N、O等元素来增强碳纳米管的电化学性能[26-28]，或者通过设计制备同时含有不同储能机制的材料来增强电容器储能性能。1.3.2超级电容器机理和分类依据电荷存储的机制，超级电容器可被分为：双电层电容器(electricaldouble-layercapacitors，EDLCs)、法拉第赝电容(Pseudocapacitance，PCs)。我们还把EDLCs和赝电容组合而成的称为混合超级电容器(hybridcapacitor)，混合超级电容器是结合了EDLCs和赝电容器两种不同的存储机制[80,81]。众所周知，研究某一个超级电容器整个体系时，若其同时有EDLCs和赝电容两种不同的存储机制时，常常是一种存储机制处于主导地位，另一种相对较弱。关于超级电容器的电极材料，现今大致有三种类型:碳材料、金属氧化物和导电聚合物[67,80,81]。1)双电层电容器如图1-2所示，双层电容器设备的能量存储和释放机制是将电解质离子吸附到电极材料的表面上来存储电荷，称为电极-电解液界面间电荷的静电作用，其电荷储存过程是非法拉第反应，整个过程是不涉及氧化还原反应的物理电荷转移过程。因此对电位变化的响应很快而且没有扩散限制，由此得到了高功率。但是电荷仅限于表面，致使超级电容器的能量密度较校众所周知，我们可通过恒电位和恒电流方法将超级电容器与电池区分开，双电层超级电容器的特点是拥有经典的矩形循环伏安图，同时恒定电流下电位随着时间变化是成线性变化的[71,81]。图1-2双电层电容器电荷存储机制示意图[67]总之，双电层电容器拥有相对低的能量密度和相对高的功率密度的特点，常见的
鲜墙鹗粞趸?颷85](NiO、RuO2、MnO2、ZnO、SnO2、Co3O4、Fe3O4等)和导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)[86,87]。RuO2是常用于赝电容的金属氧化物材料，因为RuO2的理论电容值高(1200-2200F/g)、电势窗大(1.4V)，被一致认为是非常良好的电极材料。但是RuO2的价格和毒性限制了它的发展，所以研究者们对其他的金属氧化物进行了广泛研究[88]，例如铁氧化物(Fe2O3、Fe3O4)。此外，现今还出现一种Fe3C的物质[89]，一般是高温碳化后随铁氧化物一起生成的产物，在超级电容器中应用也比较广泛。如图1-3所示，对于法拉第赝电容材料，大致有3种不同表面反应形式和机理，而不同的法拉第机理伴随着不同的电化学电容特征。根据Conway的理论，赝电容法拉第机理主要分为三种类型，即欠电位沉积、氧化还原赝电容和插入赝电容[67,83]。图1-3不同类型的赝电容电极的电荷存储机制示意图：(a)欠电位沉积，(b)氧化还原赝电容器和(c)插入赝电容[67]
本文编号：3425428
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
材料的电磁微波吸收示意图
西南科技大学硕士学位论文12要利用环保材料低成本制造超级电容器[78,79]，经常掺杂Fe、N、O等元素来增强碳纳米管的电化学性能[26-28]，或者通过设计制备同时含有不同储能机制的材料来增强电容器储能性能。1.3.2超级电容器机理和分类依据电荷存储的机制，超级电容器可被分为：双电层电容器(electricaldouble-layercapacitors，EDLCs)、法拉第赝电容(Pseudocapacitance，PCs)。我们还把EDLCs和赝电容组合而成的称为混合超级电容器(hybridcapacitor)，混合超级电容器是结合了EDLCs和赝电容器两种不同的存储机制[80,81]。众所周知，研究某一个超级电容器整个体系时，若其同时有EDLCs和赝电容两种不同的存储机制时，常常是一种存储机制处于主导地位，另一种相对较弱。关于超级电容器的电极材料，现今大致有三种类型:碳材料、金属氧化物和导电聚合物[67,80,81]。1)双电层电容器如图1-2所示，双层电容器设备的能量存储和释放机制是将电解质离子吸附到电极材料的表面上来存储电荷，称为电极-电解液界面间电荷的静电作用，其电荷储存过程是非法拉第反应，整个过程是不涉及氧化还原反应的物理电荷转移过程。因此对电位变化的响应很快而且没有扩散限制，由此得到了高功率。但是电荷仅限于表面，致使超级电容器的能量密度较校众所周知，我们可通过恒电位和恒电流方法将超级电容器与电池区分开，双电层超级电容器的特点是拥有经典的矩形循环伏安图，同时恒定电流下电位随着时间变化是成线性变化的[71,81]。图1-2双电层电容器电荷存储机制示意图[67]总之，双电层电容器拥有相对低的能量密度和相对高的功率密度的特点，常见的
鲜墙鹗粞趸?颷85](NiO、RuO2、MnO2、ZnO、SnO2、Co3O4、Fe3O4等)和导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)[86,87]。RuO2是常用于赝电容的金属氧化物材料，因为RuO2的理论电容值高(1200-2200F/g)、电势窗大(1.4V)，被一致认为是非常良好的电极材料。但是RuO2的价格和毒性限制了它的发展，所以研究者们对其他的金属氧化物进行了广泛研究[88]，例如铁氧化物(Fe2O3、Fe3O4)。此外，现今还出现一种Fe3C的物质[89]，一般是高温碳化后随铁氧化物一起生成的产物，在超级电容器中应用也比较广泛。如图1-3所示，对于法拉第赝电容材料，大致有3种不同表面反应形式和机理，而不同的法拉第机理伴随着不同的电化学电容特征。根据Conway的理论，赝电容法拉第机理主要分为三种类型，即欠电位沉积、氧化还原赝电容和插入赝电容[67,83]。图1-3不同类型的赝电容电极的电荷存储机制示意图：(a)欠电位沉积，(b)氧化还原赝电容器和(c)插入赝电容[67]
本文编号：3425428
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