沥青基多孔炭的结构调控与电化学性能研究

发布时间：2017-07-19 07:22

  本文关键词：沥青基多孔炭的结构调控与电化学性能研究

  更多相关文章： 氧化沥青 多孔炭 超级电容器

【摘要】：近几年以雾霾为主的环境问题,严重影响了居民的日常生活和健康；因此我国大力提倡使用新能源汽车取代烧油汽车,以降低污染。超级电容器是一种新型储能装置,具有功率密度大、循环寿命长等优点,将成为新能源汽车中不可取代的组成部分。多孔炭材料由于具有比表面积大、化学稳定性好、成本低且易于制备等优点,一直是超级电容器电极材料的首选。煤焦油沥青具有价格低廉、来源丰富、含碳量高等优点,因而其制备多孔炭电极材料具有得天独厚的优势。本文以煤焦油沥青为原料,采用混酸氧化制备成水溶性沥青,以水溶性沥青为炭前驱体制备多孔炭。考察了所得多孔炭的形貌结构、表面官能团、比表面积及电化学性能。研究结果包括如下三个方面：(1)采用碳酸钙作为模板制备多孔炭材料。随着模板剂碳酸钙添加比例的增多,材料的比表面积升高；当比例为1：1时,为最佳活化比例,比表面积达到1049m2/g；而当比例继续增加,比表面积基本无变化,这是由于模板剂过量造成分散不均。所得多孔炭PO-Ca-1在6M KOH电解液中,电流密度为O.1Ag-1时,比电容为230F g-1。(2)将氧化石墨烯和氧化沥青按不同比例混合后,采用1：1的KOH进行一步活化,制备多孔炭。实验表明,所得样品为具有丰富的氮和氧、适当的介孔与微孔比例(介孔率47.6%),以及具有高比表面积(2196m2/g)的分层多孔炭。石墨烯的添加为PO-GO-16在4nm附近的介孔形成起着决定性作用。PO-GO-16在电流密度为0.1A g-1时,比电容达到296Fg-1,具有优异的倍率性(当电流密度为10A g-1时,比电容为192Fg-1)。(3)采用拧檬酸铁作为模板剂制备多孔炭材料。柠檬酸铁作为造孔剂的同时提供碳源,经过高温碳化成功制备了多孔炭材料。研究了不同比例的活化剂对产物的电化学性能影响。结果表明,当氧化沥青和柠檬酸铁比例为1：2时,为最佳比例,且具有优异的电化学性能和循环稳定性。
【关键词】：氧化沥青 多孔炭 超级电容器
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 选题背景与意义9-10
• 1.2 超级电容器10-12
• 1.2.1 双电层电容器11-12
• 1.2.2 法拉第赝电容12
• 1.3 超级电容器的特点12-14
• 1.4 超级电容器的应用14-15
• 1.5 超级电容器用炭材料15-18
• 1.5.1 活性炭16
• 1.5.2 活性炭纤维16-17
• 1.5.3 碳凝胶17
• 1.5.4 碳纳米管17
• 1.5.5 石墨烯17-18
• 1.6 多孔炭材料结构与超级电容器性能的关系18-20
• 1.6.1 比表面积19
• 1.6.2 孔径分布19-20
• 1.6.3 表面官能团20
• 1.6.4 导电性20
• 1.7 活性炭材料的制备20-22
• 1.7.1 活性炭材料的传统制备方法20-21
• 1.7.2 活性炭材料的模板制备方法21-22
• 1.8 煤沥青基炭材料在超级电容器上的应用22-23
• 1.9 本课题选取的意义及研究内容23-25
• 第二章 实验部分25-29
• 2.1 实验药品和实验仪器25-26
• 2.1.1 实验药品25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 常规表征方法26-27
• 2.2.1 场发射扫描电子显微镜26
• 2.2.2 透射电子显微镜26
• 2.2.3 X射线粉末衍射仪(XRD)26
• 2.2.4 X射线光电子能谱26
• 2.2.5 比表面积与孔结构测试26-27
• 2.3 电化学性能测试27-29
• 2.3.1 循环伏安测试27
• 2.3.2 恒电流充放电测试27-28
• 2.3.3 交流阻抗测试28-29
• 第三章 以碳酸钙为模板制备沥青基多孔炭及其电化学性能29-37
• 3.1 前言29
• 3.2 实验29-30
• 3.2.1 水溶性沥青的制备29
• 3.2.2 含氮多孔碳材料的制备29-30
• 3.3 表征30
• 3.4 结果与讨论30-35
• 3.4.1 结构分析30-33
• 3.4.2 电化学性能测试33-35
• 3.5 小结35-37
• 第四章 氧化石墨烯/氧化沥青复合前驱体制备多孔炭及电化学性能37-49
• 4.1 前言37
• 4.2 实验37-38
• 4.2.1 氧化石墨烯的制备37-38
• 4.2.2 多孔复合炭材料的制备38
• 4.3 表征38-39
• 4.4 结构与讨论39-48
• 4.4.1 结构分析39-47
• 4.4.2 电化学性能47-48
• 4.5 小结48-49
• 第五章 以柠檬酸铁为模板制备沥青基多孔炭及其电化学性能49-55
• 5.1 前言49
• 5.2 实验49
• 5.3 表征49
• 5.4 结果与讨论49-54
• 5.4.1 结构分析50-53
• 5.4.2 电化学性能53-54
• 5.5 小结54-55
• 第六章 结论55-57
• 参考文献57-63
• 发表论文情况说明63-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王献彪;;高分子基多孔炭材料的研究进展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年06期

2 ;文摘[J];炭素技术;2008年01期

3 杨阳;;新型多孔炭材料[J];技术与市场;2008年07期

4 李灿;黄正宏;张江南;康飞宇;梁吉锋;;以石油渣油为原料制备多孔炭[J];材料科学与工程学报;2009年03期

5 ;中国石油大学石油焦制多孔炭技术国际领先[J];工业催化;2009年01期

6 吴明铂;郑经堂;邱介山;;多孔炭物理化学结构及其表征[J];化学通报;2011年07期

7 钱旦;郝广平;李文翠;;含氮多孔炭的制备及其在二氧化碳吸附中的应用[J];新型炭材料;2013年04期

8 张引枝,郑经堂,王茂章;多孔炭材料在催化领域中的应用[J];石油化工;1996年06期

9 刘贵阳,黄正宏,康飞宇;沸石矿为模板制备多孔炭的研究[J];新型炭材料;2005年01期

10 商玲玲;夏金童;肖勇;李闯;吴旭升;谭海龙;;生石油焦制备的多孔炭材料吸附性能及电热性能研究[J];炭素技术;2006年03期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 夏笑虹;刘洪波;黄衍瑞;石磊;何月德;;小分子二元酸/酚醛树脂共聚炭化制备多孔炭材料[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年

2 刘贵阳;黄正宏;康飞宇;;沸石改性对以其为模板制备的多孔炭的影响的初步研究[A];非金属矿物材料—环保、生态与健康研讨会论文专辑[C];2004年

3 周颖;姚七妹;邱介山;赵宗彬;;多孔炭材料的模板法制备及其性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

4 王勇;张鹏飞;徐旋;巩玉同;李翼;李浩然;;氮掺杂的多孔炭材料及其在多相催化中的应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年

5 陆安慧;;结构和形貌规整的多孔炭可控合成[A];第十七届全国分子筛学术大会会议论文集[C];2013年

6 巩玉同;魏中哲;王勇;;一种简单可持续的合成多级孔炭基材料的方法[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会：能源纳米科学与技术[C];2014年

7 周颖;姚七妹;邱介山;郭洪臣;王云鹏;赵宗彬;;多孔炭材料的模板法制备及其性能研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

8 王爱平;刘贵阳;康飞宇;黄正宏;郭占成;;浸渍方法对制备模板多孔炭的影响研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

9 刘钢;贾明君;刘羽;张文祥;吴通好;;具有石墨相结构的纳米多孔炭材料的合成与表征[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 姜文明;基于固废高分子材料制备多孔炭材料及其电化学性能研究[D];江苏大学;2015年

2 王勇;植物麻杆基和胶原基生物质多孔炭的制备、表征及性能研究[D];北京化工大学;2015年

3 郭明晰;煤基多孔炭材料的制备及其电容性能研究[D];新疆大学;2016年

4 张忠洁;利用模板碳化法控制合成多孔炭材料及其电化学性能基础研究[D];合肥工业大学;2015年

5 郭春雨;沥青系多孔炭的结构及其电化学性能的研究[D];天津大学;2007年

6 吴明铂;多孔炭的制备及其孔结构、表面官能团的调控[D];大连理工大学;2003年

7 袁晓玲;氮掺杂多孔炭材料的制备、表征及性能研究[D];吉林大学;2012年

8 王世萍;新型多孔炭材料的构筑及其在新能源技术中的应用[D];浙江大学;2015年

9 陈冬;多孔炭负载氢氧化镍复合电极研究[D];北京化工大学;2013年

10 齐菊锐;稻壳基多孔炭的物理化学性能表征及应用的研究[D];吉林大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵治强;基于生物质的功能多孔炭材料的制备及性能测试[D];燕山大学;2015年

2 徐乐乐;多孔炭材料的制备及其电容法脱盐性能研究[D];北京化工大学;2015年

3 田桂英;多孔炭/离子交换膜复合电极及其性能研究[D];北京化工大学;2015年

4 何媛媛;利用模板炭化法合成超电容多孔炭材料的研究[D];合肥工业大学;2015年

5 王芳芳;酚醛树脂基多孔炭微球的制备及其电化学性能研究[D];北京化工大学;2015年

6 邢超;重质炭源制备高附加值多孔炭用于超级电容器[D];大连理工大学;2015年

7 王妍;多孔炭的制备及微波吸收性能的研究[D];西安电子科技大学;2014年

8 别妙;偏氯乙烯共聚物的胶束化行为及模板法制备多级多孔炭[D];浙江大学;2016年

9 王蒙蒙;硝酸改性生物质多孔炭制备及其吸附性能研究[D];辽宁科技大学;2016年

10 马源;沥青基多孔炭的结构调控与电化学性能研究[D];天津工业大学;2016年

，

本文编号：561748