多孔碳—碳复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

发布时间：2017-09-18 00:35

  本文关键词：多孔碳—碳复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

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【摘要】：近年来微/纳米结构的多孔碳-碳复合材料由于其独特的结构特点,包括高长/径比、大孔容、高比表面积,在基础科学和实际应用方面都越来越受到人们的关注。许多课题组都致力于制造具有良好可控形态和化学组分的多孔碳-碳纳米复合结构。本文分别通过溶液挥发诱导自组装法和浸渍涂覆法制备有序介孔碳-碳复合材料和多孔碳-碳复合材料,均表现出优秀的电化学性能。具体研究内容为:(1)以蚕丝为基体,A阶酚醛树脂为碳源,三嵌段聚合物为表面活性剂和氧化硅寡聚体为硅源,通过溶液挥发诱导自组装法在蚕丝表面使原位三元组装制备具有有序介观结构的复合材料,经过热聚碳化后,制备得氮掺杂的有序介孔碳-碳纤维复合材料(NMCMFs)。得到的NMCMFs具有有序介孔碳和碳纤维各自的优点如均一的孔道、高的比表面积、高的氮含量、良好的导电性等。由于设计良好的纳米结构和组件间强的协同作用,NMCMFs作为双电层电容器的电极材料,展现出良好的比电容量(189 F g-1在5 m V s-1)、倍率性能(107 F g-1在100 m V s-1)和稳定性(10000次循环后剩余96%)。(2)以石墨烯气凝胶为基体,使用表面溶液挥发诱导自组装法在其表面生长有序介孔碳,得到的具有微\介\大孔多级孔道OMC/GA复合物材料。作为电极材料,展现出良好的比电容量(177 F g-1在5 m V s-1)、倍率性能(115F g-1在100 m V s-1)和稳定性(10000次循环后剩余93%)。(3)使用浸渍涂覆法在蚕丝表面生长石墨烯,热处理后石墨烯片紧密包覆在碳纤维表面,形成多级孔道。得到的NCMF具有高的比表面积、高的氮含量、良好的导电性。作为电极展现出良好的比电容量(196 F g-1在5 m V s-1)、倍率性能(92 F g-1在300 m V s-1)和稳定性(10000次循环后剩余107%)。
【关键词】：有序介孔碳 石墨烯 蚕丝 超级电容
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332;TM53
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超级电容器概述13-18
• 1.2.1 超级电容器发展14-15
• 1.2.2 超级电容器工作原理及分类15-17
• 1.2.3 超级电容器特点17-18
• 1.3 超级电容器用碳电极材料18-23
• 1.3.1 活性炭18-19
• 1.3.2 有序介孔碳19-20
• 1.3.3 活性碳纤维20-21
• 1.3.4 碳纳米管21-22
• 1.3.5 碳气凝胶22
• 1.3.6 石墨烯22-23
• 1.4 碳基超级电容器性能的影响因素23-25
• 1.4.1 比表面积23-24
• 1.4.2 孔径分布24-25
• 1.4.3 表面官能团25
• 1.4.4 导电性25
• 1.5 本课题研究的主要目的和内容25-27
• 第二章 实验部分27-31
• 2.1 实验药品和实验仪器27-29
• 2.1.1 实验药品27
• 2.1.2 实验仪器27-29
• 2.2 材料的制备29
• 2.3 材料的表征29-31
• 2.3.1 X射线粉末衍射（X-ray diffraction, XRD）29
• 2.3.2 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）29
• 2.3.3 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）29-30
• 2.3.4 拉曼光谱（Raman）30
• 2.3.5 氮气吸脱附（Nitrogen Adsorption-Desorption）30
• 2.3.6 元素分析（Elemental Analysis）30-31
• 第三章 氮掺杂的有序介孔碳/碳纤维的合成与其在超级电容器方面的应用31-43
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-33
• 3.2.1 材料制备32
• 3.2.2 材料表征32-33
• 3.2.3 电化学测试33
• 3.3 结果与讨论33-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 有序介孔碳/石墨烯气凝胶的合成与其在超级电容器方面的应用43-53
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 材料制备44-45
• 4.2.2 材料表征45
• 4.2.3 电化学测试45-46
• 4.3 结果与讨论46-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 氮掺杂碳纤维/石墨烯复合材料的合成及其在超级电容器方面的应用53-64
• 5.1 引言53-54
• 5.2 实验部分54-55
• 5.2.1 材料制备54
• 5.2.2 材料表征54
• 5.2.3 电化学测试54-55
• 5.3 结果与讨论55-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-85
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文85-86
• 作者在攻读硕士学位期间所作的项目86-87
• 致谢87

【共引文献】

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本文编号：872336