碳化物衍生碳的形成机理及其超级电容性能研究
[Abstract]:Carbide-derived carbon (CDC) is a new type of nano-skeleton carbon, which is obtained by removing non-carbon atoms from the lattice of carbide layer by layer. In addition to having high specific surface area and developed pores, CDC also has the characteristics that other carbon materials do not have, such as pore size and distribution of accurate adjustable, shape. These characteristics make CDC have great potential applications in many fields, such as hydrogen storage, electrode materials for supercapacitors, catalyst supports, self-lubricating coatings and so on. The capacitive properties of CDCs with different structures in alkaline electrolyte as electrode materials for supercapacitors were studied, and the way to improve the Supercapacitive properties of CDCs in alkaline KOH electrolyte by improving their wettability was explored. The main research work and results are as follows: (1) Using VC, TiC and NbC as precursors, the interfacial structure of carbide/CDC was obtained by chlorination etching in a short time (10 minutes). The microstructure characteristics were characterized by HRTEM, and the formation mechanism of CDC was explored and compared. The results show that CDC belongs to conformal transition and the stress exists when the carbide changes to CDC, which is an important reason for the different microstructure of CDC. For the precursors with the same structure, the lower the concentration of carbon atoms per unit volume of carbide, the production of transition interface occurs. The larger the stress generated, the more disordered the structure of CDC formed under the same conditions; the holes in CDC are formed by the tearing of the graphite layer caused by the excessive stress accumulation near the interface, which can be seen as the separation of the graphite layer formed by etching the precursor space. The thicker the graphite layer in CDC, the larger the pore size, and the lower the specific surface. The high specific capacitance of NbC-CDC as electrode material is higher than that of NbC-CDC with low carbon atom volume concentration and the tremendous stress at the transition interface, which results in the formation of 1-2 layers of convoluted graphene. The high specific surface microporous structure of 2 200 m-2 g-1 makes the specific capacitance of NbC-CDC as electrode material as high as 147 Fg-1. In order to solve the problem of poor wettability of graphitized CDC and poor performance of supercapacitor in KOH aqueous electrolyte, the effects of adding ethanol to KOH aqueous electrolyte and activation modification of CDC with nitric acid on the wettability and supercapacitor performance of graphitized CDC were investigated. The results show that the wettability of CDC in alkaline electrolyte decreases with the increase of graphitization degree, which seriously affects the capacitive properties of the material. Adding ethanol to KOH electrolyte can effectively improve the wettability of graphitized carbon in KOH electrolyte, and greatly improve the capacitive properties of the material, and when the ethanol content is 10 W. The specific capacitance of graphitized CDC increases from 6Fg~(-1) to 65Fg~(-1). Nitric acid activation can introduce oxygen-containing functional groups into the structure of CDC, which greatly improves the wettability of graphitized CDC in alkaline electrolyte, thus effectively improving the Supercapacitive properties of the material. After high concentration activation, the specific capacitance can be increased from 6Fg to 65Fg~(-1). (-1) was increased to nearly 130Fg (-1). (3) With VC, TiC and SiC as precursors, catalysts were introduced into carbide precursors by ball milling before etching. The effects of iron catalyst on the microstructure and supercapacitance properties of the obtained CDCs were studied systematically. In soldering, some iron catalysts are embedded in the particles to ensure effective catalytic action during chlorination etching; cracks due to conformal transformation remain in the form of mesoporous etched CDC; at low temperature etching, iron catalysts make TiC and VC etched CDCs graphitization degree has been greatly improved, but when the temperature is high. When the graphitization degree was raised to a certain value, the graphitization degree decreased sharply, and the micropores were greatly enhanced. The resulting CDC exhibited excellent Supercapacitive performance accompanied by the introduction of the mesopores by ball milling.
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ127.12;TM53
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本文编号:2198071
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