基于多孔芳香骨架结构的多孔碳材料的制备及其在超级电容器上的应用

发布时间：2021-07-08 23:46

　　由于能源消耗的增加,储能技术的研究已成为学术界的热点话题。迄今为止,科学家们做出了大量的努力来探索替代性的可持续能源以及先进的能量转换和存储系统。超级电容器由于其成本低、超长的循环寿命和极强的安全性而受到了广泛的关注。在超级电容器的组成部分中,最关键的就是电极材料。多孔碳材料具有良好的导电率、优异的化学稳定性和对环境无毒等优点,非常适用于应用在超级电容器的电极材料中。多孔芳香骨架（PAFs）材料在过去的几十年间迅速发展,在气体存储、吸附、分离、催化等领域具有重要的应用前景,因其具有高比表面积、可调控的孔结构和化学组成,使得它们成为多孔碳材料前驱体的最佳候选者。本文主要研究新型多孔芳香骨架材料的设计及合成,并探究结构对于超级电容器的电化学性能的影响,主要包括以下内容:首先,选择含有不同类型氮原子的单体,通过Suzuki偶联反应制备了具有两种类型氮原子(N_triazine和N_amine)的多孔芳香骨架材料LNU-18。将其在700、800和900℃碳化后,与前驱体相比,形貌没有明显变化,但是表面积明显增大。在6 M KOH中测试了其电化学性能,结... 

【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：113 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

通过Buchwald-Hartwig（BH）偶合反应合成CMPs的路线

第1章前言3提出了利用溶剂编织法来制备2D分层HCPs。这类HCPs是利用Friedel-Crafts烷基化反应，并使用经济型的二氯甲烷作为溶剂、稳定的亲电试剂和外部交联剂来制备的。此类材料的多孔结构和表面积可通过改变反应条件来控制，例如催化剂（AlCl3）的摩尔比、构筑基元的尺寸大小和溶剂的链长等。由于该方法简单且具有成本效益，因此为合成具有高表面积和高气体吸附能力的聚合物提供了机会。这种编织方法是一种低成本、可扩展且有效的聚合技术，扩宽了HCPs的实际应用[12]。图1-2为Tan课题组通过不同途径合成HCPs的示意图。图1-2Tan课题组通过不同途径合成的一系列HCPs材料1.1.3内在微孔聚合物PIMs内在微孔聚合物（PIMs）由于其固有的微孔性而成为过去十几年中的研究重点。PIMs是一类无定形的有机微孔材料，具有刚性结构，存在相互连接的孔，直径通常小于2nm[13]。合成PIMs的灵感来自于1990年在曼彻斯特大学进行的酞菁材料，酞菁是与天然卟啉有关的大芳香环材料，含金属的酞菁可表现出有效的催化活性，特别是对于氧化反应。然而，在固态下，大环化合物的面对面聚集阻碍了酞菁的催化性能。2001年，研究者成功合成了一种结构中同时掺入螺双茚和酞菁衍生物的聚合物，被有效地用于催化氧化反应。2004年Budd等人首次合成内在微孔聚合物，即PIM-1，是一种无定形的亮黄色荧光粉，具有高分子量和高表面积，其结构如图1-3所示，这种高度扭曲的结构无法有效地堆积在骨架中，从而留下纳米级的孔[14,15]。

PIM-1的扭曲结构


本文编号：3272571