层次分级多孔碳的制备及性能研究
发布时间：2021-09-17 08:57
本文以固体碳酸钾作为酚醛树脂的活化剂和模板剂,通过原位热解路径制备出层次分级多孔碳。结果表明,可调节原料中碳酸钾与酚醛树脂的质量比,达到控制产物的形貌和孔结构的目的。当碳酸钾的质量是酚醛树脂的6倍时,层次分级多孔碳表现出三维网状骨架与二维碳片的交联复合,比表面积为1541 m2?g-1。在KOH水系电解液中对其进行电化学性能测试,1 A?g-1电流密度下比电容高达250 F?g-1,具有较好的倍率性能。
【文章来源】：广东化工. 2020,47(24)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
HPC-4(a)、HPC-6(b)和HPC-8(c)的SEM图像
对合成的层次分级多孔碳进行微观形貌和孔结构表征，SEM照片可以看出多孔碳是由三维网状骨架构成(图1a)，网状骨架则由薄层状的碳纳米片相互交错排布组成，且碳纳米片的尺寸大小不一。随着碳酸钾在原料中含量的增高，三维网状骨架表面逐渐被二维层状碳片包覆(图1b)。当碳酸钾质量是酚醛树脂的8倍时，三维网状骨架表面形成了堆叠状的二维层状碳片结构(图1c)。因此，可以通过调节原料中碳酸钾与酚醛树脂的质量比，达到控制层次分级多孔碳的微观形貌和孔结构的目的。电极材料的比表面积和孔结构是决定其电化学性能的关键因素之一[7]，对层次分级多孔碳进行N2吸脱附测试，可以看出所有样品均表现为典型的IV型吸脱附等温曲线。在P/Po<0.05时吸附量骤增，是典型的微孔吸附。在P/Po=0.4?1.0的压力区间，则形成了H4型滞后环，表现出吸附分支和脱附分支几乎平行，这主要是由于多孔碳中有复合孔道的存在，即由分等级的孔道结构组成。经计算HPC-4、HPC-6和HPC-8的BET比表面积分别为1676 m2?g-1、1541 m2?g-1和1451 m2?g-1，说明随着原料中碳酸钾含量的增加，层次分级多孔碳的BET比表面积呈现出逐渐下降的趋势，这主要是由于三维网状骨架表面被二维层状碳片堆叠，覆盖了部分微孔通道，使得在进行N2吸脱附测试时，微孔的吸附能力有所降低导致。
电极材料的比表面积和孔结构是决定其电化学性能的关键因素之一[7]，对层次分级多孔碳进行N2吸脱附测试，可以看出所有样品均表现为典型的IV型吸脱附等温曲线。在P/Po<0.05时吸附量骤增，是典型的微孔吸附。在P/Po=0.4?1.0的压力区间，则形成了H4型滞后环，表现出吸附分支和脱附分支几乎平行，这主要是由于多孔碳中有复合孔道的存在，即由分等级的孔道结构组成。经计算HPC-4、HPC-6和HPC-8的BET比表面积分别为1676 m2?g-1、1541 m2?g-1和1451 m2?g-1，说明随着原料中碳酸钾含量的增加，层次分级多孔碳的BET比表面积呈现出逐渐下降的趋势，这主要是由于三维网状骨架表面被二维层状碳片堆叠，覆盖了部分微孔通道，使得在进行N2吸脱附测试时，微孔的吸附能力有所降低导致。图3是将不同原料配备下合成的层次分级多孔碳作为工作电极，在1 A?g-1的电流密度下，可以看出所有样品的恒流充放电曲线均表现为对称的等腰三角形，说明具有较好的电荷转移可逆性；电压大小与放电时间呈线性关系，表现出良好的双电层电容行为；电压降较小，则说明电极电阻较低，具有较高的倍率性能。随着原料中碳酸钾与酚醛树脂的质量比增加到6∶1时，HPC-6的比电容(250 F?g-1)明显大于HPC-4的比电容(219F?g-1)，这是由于在碳酸钾的作用下，多孔碳的三维网状骨架表面开始被二维层状碳片包覆，形成了更多的复合孔道，这种微观结构的优势可以有效缩短离子和电子的扩散路径，为传输提供便利的条件，有利于能量的储存与释放。当原料中碳酸钾的质量进一步扩大到酚醛树脂的8倍时，HPC-8的比电容为258F?g-1，比电容值略微增长。因此，本文选择HPC-6样品作进一步的电化学性能研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔碳材料的设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用[J]. 刘明贤,缪灵,陆文静,朱大章,徐子颉,甘礼华,陈龙武. 科学通报. 2017(06)
[2]碳材料在电化学储能中的应用[J]. 梁骥,闻雷,成会明,李峰. 电化学. 2015(06)
本文编号：3398387
【文章来源】：广东化工. 2020,47(24)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
HPC-4(a)、HPC-6(b)和HPC-8(c)的SEM图像
对合成的层次分级多孔碳进行微观形貌和孔结构表征，SEM照片可以看出多孔碳是由三维网状骨架构成(图1a)，网状骨架则由薄层状的碳纳米片相互交错排布组成，且碳纳米片的尺寸大小不一。随着碳酸钾在原料中含量的增高，三维网状骨架表面逐渐被二维层状碳片包覆(图1b)。当碳酸钾质量是酚醛树脂的8倍时，三维网状骨架表面形成了堆叠状的二维层状碳片结构(图1c)。因此，可以通过调节原料中碳酸钾与酚醛树脂的质量比，达到控制层次分级多孔碳的微观形貌和孔结构的目的。电极材料的比表面积和孔结构是决定其电化学性能的关键因素之一[7]，对层次分级多孔碳进行N2吸脱附测试，可以看出所有样品均表现为典型的IV型吸脱附等温曲线。在P/Po<0.05时吸附量骤增，是典型的微孔吸附。在P/Po=0.4?1.0的压力区间，则形成了H4型滞后环，表现出吸附分支和脱附分支几乎平行，这主要是由于多孔碳中有复合孔道的存在，即由分等级的孔道结构组成。经计算HPC-4、HPC-6和HPC-8的BET比表面积分别为1676 m2?g-1、1541 m2?g-1和1451 m2?g-1，说明随着原料中碳酸钾含量的增加，层次分级多孔碳的BET比表面积呈现出逐渐下降的趋势，这主要是由于三维网状骨架表面被二维层状碳片堆叠，覆盖了部分微孔通道，使得在进行N2吸脱附测试时，微孔的吸附能力有所降低导致。
电极材料的比表面积和孔结构是决定其电化学性能的关键因素之一[7]，对层次分级多孔碳进行N2吸脱附测试，可以看出所有样品均表现为典型的IV型吸脱附等温曲线。在P/Po<0.05时吸附量骤增，是典型的微孔吸附。在P/Po=0.4?1.0的压力区间，则形成了H4型滞后环，表现出吸附分支和脱附分支几乎平行，这主要是由于多孔碳中有复合孔道的存在，即由分等级的孔道结构组成。经计算HPC-4、HPC-6和HPC-8的BET比表面积分别为1676 m2?g-1、1541 m2?g-1和1451 m2?g-1，说明随着原料中碳酸钾含量的增加，层次分级多孔碳的BET比表面积呈现出逐渐下降的趋势，这主要是由于三维网状骨架表面被二维层状碳片堆叠，覆盖了部分微孔通道，使得在进行N2吸脱附测试时，微孔的吸附能力有所降低导致。图3是将不同原料配备下合成的层次分级多孔碳作为工作电极，在1 A?g-1的电流密度下，可以看出所有样品的恒流充放电曲线均表现为对称的等腰三角形，说明具有较好的电荷转移可逆性；电压大小与放电时间呈线性关系，表现出良好的双电层电容行为；电压降较小，则说明电极电阻较低，具有较高的倍率性能。随着原料中碳酸钾与酚醛树脂的质量比增加到6∶1时，HPC-6的比电容(250 F?g-1)明显大于HPC-4的比电容(219F?g-1)，这是由于在碳酸钾的作用下，多孔碳的三维网状骨架表面开始被二维层状碳片包覆，形成了更多的复合孔道，这种微观结构的优势可以有效缩短离子和电子的扩散路径，为传输提供便利的条件，有利于能量的储存与释放。当原料中碳酸钾的质量进一步扩大到酚醛树脂的8倍时，HPC-8的比电容为258F?g-1，比电容值略微增长。因此，本文选择HPC-6样品作进一步的电化学性能研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔碳材料的设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用[J]. 刘明贤,缪灵,陆文静,朱大章,徐子颉,甘礼华,陈龙武. 科学通报. 2017(06)
[2]碳材料在电化学储能中的应用[J]. 梁骥,闻雷,成会明,李峰. 电化学. 2015(06)
本文编号：3398387
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