木耳碳基材料的可控制备及其在电化学储能中的应用
发布时间：2021-11-02 22:55
碳材料具有结构多样、表面丰富、可调控性强、化学稳定性好等优势,一直是电化学储能材料的理想候选,如商品化锂离子电池负极材料石墨,超级电容器的电极材料活性炭。随着微纳米碳及其复合材料快速发展,其独特的结构、优异电化学性能,为其在电化学储能领域,特别是高能电池方面的应用提供了新的机遇。生物质储量丰富,可持续再生,是制备碳材料的理想原料。但是,由于生物质难溶、成分复杂的特性,对于生物质碳形貌调控以及理想复合材料的制备仍是一个挑战。本文充分利用生物质本身所具有的特性,通过生物质矿化策略和酵母菌培养的方式实现了生物质碳形貌结构多样化及其复合材料的制备,系统地考察了其在电化学储能领域的应用。具体研究内容包括:1.以天然木耳为碳源,通过低温水热处理得到木耳基溶液,再与高锰酸钾进行二次高温水热,实现一种生物质矿化策略。通过改变反应体系在反应釜中的占比,可控地制备出多种形貌的碳酸锰复合材料。此外,以上述制备的梭形碳酸锰为前驱体通过高温煅烧可以获得多孔的MnO/C复合材料。生物质碳的均匀复合为MnO提供了高效的导电框架;多孔结构有利于电解质的传输,并提供更多的活性位点。作为锂离子电池负极具有较好的倍率性能,...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同储能器件功率密度和能量密度关系图［５１??电化学储能器件由于具有高的能量转化效率，在实际生活应用中有着巨大的??
?第１章引言???和应用廉价、可持续的碳源替代化石基产品，己经成为了未来社会发展的必然趋??势。生物质作为碳元素在地球上主要的储存形式，且具有可再生，清洁，低价等??特点［２Ｑ】。生物质通常经过简单的高温碳化以及活化处理便可以得到多孔碳材料，??这样一个变废为宝的方式己经取得了众多研宄者的关注。由于制备过程简单、绿??色环保，所以生物质碳材料广泛地应用于催化剂、吸附剂、电化学能源储存等领??域％２３］。如图１．２所示，Ｙａｏ等人Ｍ将废弃生物质废渣经过简单的ＫＯＨ高温热??解、活化、ＨＣ１刻蚀及掺入双氰胺和ＮｉＣｈ?Ｈ２０二次高温热解等工艺制备出“海??胆”状Ｎ掺杂ＣＮＴ－多孔碳包覆Ｎｉ纳米颗粒复合材料（Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ），该材料在有毒??污染物的氧化过程中表现出优异的催化活性，并且可以将具有毒性的Ｃｒ（ＶＩ）催??化还原为无毒的Ｃｒ（ＩＩＩ）。此外，Ｔａｎｇ等人Ｍ以椴木块为原料经过水热、高温碳??化以及ＮＨ３活化等简易处理方法得到由Ｎ－Ｓ双掺杂的多孔木头碳，应用于超级??电容器和氧还原催化都获得了理想的效果。Ｚｈａｎｇ等人同样以天然生物质黄豆??为原料，经过简单的碳化和活化处理获得多孔碳材料应用于锂离子电池，表现出??优异的电化学性能。??Ｈｉｏｍａｓｓ／ＫＯＨ?Ａｃｔｉｖａｔｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ??■?Ｃａｒｌｘｍ?ｓｉｒｒｌ＇ａｃｃ＾??■Ｎ，：＾?ｉｆ??＿＾?—??＞［ａｎｃｈｏｒ??Ｇｒｏｗｔｈ?ｏｆ?ＣＮＪｉ?ｕｎｉｔ?＇?Ｎｊ＠Ｎ－Ｃ??图１．２Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ催化剂的制备步骤１２５１??１．２．?３生物质的常用处理方法??近几年来，大量的工作致力于开发低耗能，环
可大规模操作的技术手段，并且由于其成本较低，被广泛应用于电极材??料的制备过程高温裂解法可以制备许多具有特殊多孔结构的碳电极材料。影??响碳材料性能的因素有很多，例如，不同的生物质原料其含有元素种类不同，经??过热处理会获得不同类型杂原子掺杂。其次，不同的升温速率、碳化温度、时间??对生物质碳材料微孔结构也存在一定程度的影响。虽然高温下原料裂解可以形成??较为稳定的石墨化碳材料结构，但是直接高温裂解生物质很难制备出具有丰富孔??道结构的碳材料，因此高温裂解法一般和活化辅助过程联用。如图１．３所示，Ｇｕ??等人Ｍ以墨鱼骨为原料通过６００?°Ｃ高温裂解之后再经活化过程制备出Ｎ掺杂的??多孔片状生物质碳材料并且应用于钠离子电池，表现出优异的电化学性能。??Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?ａｎｏｄｅ??ａｉｒ?ｏｘｉｄａｔｉｏｎ??泛题邏＾?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ??ｃｈｉｔｉｎ?ｂｉｏ－ｆｉｌｍｓ??产?ｚ卜：??．ＣａＣＯ／ｗａｌｌ??ｖ＂?ＫＯＨ／ＮａＯＨ?ｍｉｘｅｄ??Ｃｕｔｔｌｅｂ〇ｎｅ?＇?一°?…??？Ｓ３?量?ｍ?ＬＢＣ５－Ｃ??？￣?ｊＦ－．－，?？？麗?Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｃａｔｈｏｄｅ??图１．３以墨鱼骨为原料合成碳材料的过程及电极电荷存储机制原理图ｔ３２ｉ??⑵活化法??生物质碳材料的活化是通过无序碳原子或者杂原子与活化剂之间发生化学??反应，并伴随气体生成以及碳原子的消耗来形成相应的孔结构常见的活化方??法有：①物理活化法：主要以＜：０２和圧０的气态形式作为活化剂，碳与活化剂反??应生成气体、逐渐消耗形成多孔结构。②化学活化法：是以工业生产的化学药品??作为活化剂，其中最常用
【参考文献】：
硕士论文
[1]生物质碳基材料的制备及其在电化学储能的应用[D]. 张海.南昌大学 2019
本文编号：3472531
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同储能器件功率密度和能量密度关系图［５１??电化学储能器件由于具有高的能量转化效率，在实际生活应用中有着巨大的??
?第１章引言???和应用廉价、可持续的碳源替代化石基产品，己经成为了未来社会发展的必然趋??势。生物质作为碳元素在地球上主要的储存形式，且具有可再生，清洁，低价等??特点［２Ｑ】。生物质通常经过简单的高温碳化以及活化处理便可以得到多孔碳材料，??这样一个变废为宝的方式己经取得了众多研宄者的关注。由于制备过程简单、绿??色环保，所以生物质碳材料广泛地应用于催化剂、吸附剂、电化学能源储存等领??域％２３］。如图１．２所示，Ｙａｏ等人Ｍ将废弃生物质废渣经过简单的ＫＯＨ高温热??解、活化、ＨＣ１刻蚀及掺入双氰胺和ＮｉＣｈ?Ｈ２０二次高温热解等工艺制备出“海??胆”状Ｎ掺杂ＣＮＴ－多孔碳包覆Ｎｉ纳米颗粒复合材料（Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ），该材料在有毒??污染物的氧化过程中表现出优异的催化活性，并且可以将具有毒性的Ｃｒ（ＶＩ）催??化还原为无毒的Ｃｒ（ＩＩＩ）。此外，Ｔａｎｇ等人Ｍ以椴木块为原料经过水热、高温碳??化以及ＮＨ３活化等简易处理方法得到由Ｎ－Ｓ双掺杂的多孔木头碳，应用于超级??电容器和氧还原催化都获得了理想的效果。Ｚｈａｎｇ等人同样以天然生物质黄豆??为原料，经过简单的碳化和活化处理获得多孔碳材料应用于锂离子电池，表现出??优异的电化学性能。??Ｈｉｏｍａｓｓ／ＫＯＨ?Ａｃｔｉｖａｔｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ??■?Ｃａｒｌｘｍ?ｓｉｒｒｌ＇ａｃｃ＾??■Ｎ，：＾?ｉｆ??＿＾?—??＞［ａｎｃｈｏｒ??Ｇｒｏｗｔｈ?ｏｆ?ＣＮＪｉ?ｕｎｉｔ?＇?Ｎｊ＠Ｎ－Ｃ??图１．２Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ催化剂的制备步骤１２５１??１．２．?３生物质的常用处理方法??近几年来，大量的工作致力于开发低耗能，环
可大规模操作的技术手段，并且由于其成本较低，被广泛应用于电极材??料的制备过程高温裂解法可以制备许多具有特殊多孔结构的碳电极材料。影??响碳材料性能的因素有很多，例如，不同的生物质原料其含有元素种类不同，经??过热处理会获得不同类型杂原子掺杂。其次，不同的升温速率、碳化温度、时间??对生物质碳材料微孔结构也存在一定程度的影响。虽然高温下原料裂解可以形成??较为稳定的石墨化碳材料结构，但是直接高温裂解生物质很难制备出具有丰富孔??道结构的碳材料，因此高温裂解法一般和活化辅助过程联用。如图１．３所示，Ｇｕ??等人Ｍ以墨鱼骨为原料通过６００?°Ｃ高温裂解之后再经活化过程制备出Ｎ掺杂的??多孔片状生物质碳材料并且应用于钠离子电池，表现出优异的电化学性能。??Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?ａｎｏｄｅ??ａｉｒ?ｏｘｉｄａｔｉｏｎ??泛题邏＾?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ??ｃｈｉｔｉｎ?ｂｉｏ－ｆｉｌｍｓ??产?ｚ卜：??．ＣａＣＯ／ｗａｌｌ??ｖ＂?ＫＯＨ／ＮａＯＨ?ｍｉｘｅｄ??Ｃｕｔｔｌｅｂ〇ｎｅ?＇?一°?…??？Ｓ３?量?ｍ?ＬＢＣ５－Ｃ??？￣?ｊＦ－．－，?？？麗?Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｃａｔｈｏｄｅ??图１．３以墨鱼骨为原料合成碳材料的过程及电极电荷存储机制原理图ｔ３２ｉ??⑵活化法??生物质碳材料的活化是通过无序碳原子或者杂原子与活化剂之间发生化学??反应，并伴随气体生成以及碳原子的消耗来形成相应的孔结构常见的活化方??法有：①物理活化法：主要以＜：０２和圧０的气态形式作为活化剂，碳与活化剂反??应生成气体、逐渐消耗形成多孔结构。②化学活化法：是以工业生产的化学药品??作为活化剂，其中最常用
【参考文献】：
硕士论文
[1]生物质碳基材料的制备及其在电化学储能的应用[D]. 张海.南昌大学 2019
本文编号：3472531
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