碳纳米管/微孔炭核壳结构的设计制备及其性能研究

发布时间：2023-04-21 04:45

　　本文以间苯二酚(R)、甲醛(F)、三聚氰胺(M)为前驱体,通过液相原位包覆的方法,实现了聚合物在碳纳米管轴向的均匀包覆,并通过炭化和活化处理,制备出以碳纳米管为核、高比表面积微孔炭为壳的一维全炭核壳结构纳米材料。通过对核壳结构中壳壁孔隙、孔长及氮掺杂表面化学的调控,研究了材料结构-性能的构效关系,主要结论如下：1.将RF前驱体与碳纳米管进行原位聚合,然后通过不同的活化方法(C02活化、KOH活化),制备出具有核壳结构的一维全炭纳米材料,并考察了其在3MH2SO4体系中电化学双电层电容行为。实验结果表明,通过调节原位聚合时间以及RF/CNT的质量比,可在20-215 nm范围内对壳层的厚度精确调控。采用KOH活化法可以制备出结构完整的一维全炭纳米核壳结构材料,其比表面积可达1705m2*g,孔体积可达0.82 cm3/g。随着RF包覆厚度的增加,微孔炭壳的比例及总比表面积随之增加,因而比容量逐渐增加,最高达到237.0 F/g；该电极材料有很好的循环稳定性,随着厚度的增加,材料的容量保持率稍有降低,经20000次循环后,容量保持率为99%%；但壳壁厚度的增加,孔径长度不断增加,离子扩散速...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 超级电容器的概述
        1.1.2 液相吸附的概述
    1.2 多孔纳米炭材料的制备
        1.2.1 酚醛树脂基多孔纳米材料前驱体
        1.2.2 活化法制备多孔碳材料
    1.3 氮掺杂多孔纳米炭材料
        1.3.1 氮掺杂炭材料的基本性质
        1.3.2 氮掺杂的炭材料的制备
    1.4 碳纳米管基多孔纳米炭材料聚合物制备方法
        1.4.1 原位聚合(in situ polymerization)
        1.4.2 熔融共混(melt blending)
        1.4.3 溶液混合(solution blending)
    1.5 碳纳米管基多孔炭材料的应用
        1.5.1 碳纳米管基多孔炭材料在锂电池上的应用
        1.5.2 碳纳米管基多孔炭材料在超级电容器上的应用
        1.5.3 碳纳米管基多孔炭材料在吸附方面的应用
    1.6 选题目的、意义及主要工作
        1.6.1 研究目的及意义
        1.6.2 本文主要工作
第2章 实验原料及设备
    2.1 主要实验原料
    2.2 主要仪器设备
    2.3 材料分析表征
        2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 热失重分析仪(TG)
        2.3.4 比表面积和孔径分布测试
        2.3.5 元素分析(EL)
        2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.7 X射线衍射(XRD)
        2.3.8 紫外分管光度计
        2.3.9 碳纳米管的含量
    2.4 电化学性能测试
        2.4.1 电极的制备
        2.4.2 超级电容器的组装
        2.4.3 电容器性能测试
    2.5 水溶液中Cr⁶⁺的吸附
        2.5.1 标准曲线的绘制
        2.5.2 Cr⁶⁺浓度的测量
第3章 碳纳米管/多孔炭核壳结构的可控制备及其在超级电容器上的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 碳纳米管/多孔炭核壳结构的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 实验原理
        3.3.2 多孔炭材料的结构特性
        3.3.3 CO₂活化样品的制备
        3.3.4 KOH活化样品的制备
        3.3.5 电化学测试
    3.4 本章小结
第4章 碳纳米管/含氮多孔炭核壳结构的可控制备及其在铬离子的吸附和超级电容器上的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 碳纳米管/含氮多孔炭核壳结构的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 工艺条件对炭化样品的影响
        4.3.2 活化样品的制备
        4.3.3 吸附性能研究
        4.3.4 电化学测试
    4.4 本章小结
第5章 结论及展望
    5.1 主要结论
    5.2 创新点
    5.3 工作展望
参考文献
作者发表论文情况
致谢



本文编号：3795863