纳米洋葱碳的可控制备及电化学性能研究
发布时间：2021-09-19 16:59
能源短缺是全球都亟待解决的问题,化石燃料储量急剧减少迫使人们开发利用更清洁的可再生能源,而提高储能设备的性能是决定能源利用率的关键环节。超级电容器作为介于电池和电容器的新型储能设备,凭借其优异的倍率性能、功率密度和安全性在各个领域有着广泛的应用。电极材料的优劣从根本上决定了超级电容器的性能,而纳米洋葱碳（CNOs）作为一种零维纳米碳材料,高度石墨化和纳米球形结构使其具有良好的导电性和化学稳定性,在超级电容器电极材料领域展现出良好的应用价值。由于储能机制和电压窗口的限制,水系超级电容器陷入能量密度难以提升的桎梏;CNOs由于形貌难以控制、制备工艺要求严格,在许多领域的应用受到了限制。针对这些问题,本文通过化学气相沉积法,利用金属催化剂催化裂解甲烷制备了CNOs,并探究了最佳制备工艺;采用水热法制备了电化学性能最佳的CNOs/MnO2复合材料,并系统地研究了反应条件对材料结构形貌和性能的影响;探究了CNOs作导电剂对水系活性炭超级电容器性能的影响以及非对称超级电容器的性能的提升。结果如下:（1）还原法制备的纯Ni催化剂比Fe-Ni复合催化剂对甲烷裂解的催化效果更好,当...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Stern双电层电容模型
太原理工大学硕士研究生学位论文径所匹配。1.2.2.2 赝电容赝电容一种在电极材料表面或内部发生快速、可逆氧化还原反应的法拉第储能机制。与双电层的物理吸/脱附不同，它主要利用的是材料与离子发生反应时电荷的移动来进行储能。赝电容材料的电化学响应图谱在理想状态下与双电层电容器类似，CV 图中都表现出良好的矩形。与电池材料不同的是，赝电容材料在电化学反应中受到电极表面电荷传递过程的限制，而电池材料是由离子扩散控制的。赝电容的储能机制可以分为欠电位沉积、过渡金属氧化物如 RuO2、NiO、IrO2、MnO 以及某些贵金属的硫化物 TiS2等的氧化还原反应、插层赝电容以及导电聚合物的可逆电化学掺杂[16]。图 1-3 给出了不同储能机制的示意图。
β-,γ-, δ- ,λ-MnO2的晶体结构[53]Fig. 1-4 Crystal structures of α-, β-,γ-, δ- and λ-MnO2[53].1.2.3.3 导电聚合物导电聚合物具有高导电性（尤其是掺杂聚乙炔可达 104s·cm-1），高的电化学活性（外电场作用下，导电聚合物电极可逆地改变溶液氧化还原性的能力），在金属表面形成防腐涂层的功能等，因此也被人们广泛研究并应用到电化学器件中[54]。与金属氧化物类似，用作超级电容器的电极材料时主要依靠的是赝电容，导电聚合物与电解质离子发生氧化反应（掺杂）时，离子被吸引到电极（聚合物结构内部），进行还原反应（反掺杂）时离子转移回电解液中，是一种内部与表面之间进行的离子交换，因此反应速率较慢，可逆性较差，循环寿命不如过渡金属氧化物和碳材料[55]。这一类超级电容器的能量密度可达 39 Wh·kg 1，功率密度可达 35 kW·kg 1[56]。目前研究最多的导电聚合物有聚吡咯(PPy)[57]，聚乙炔(PA)，聚噻吩(PTh)，
【参考文献】：
期刊论文
[1]微结构反应器气固相催化过程强化的研究与工业化进展[J]. 曹晨熙,张辇,储博钊,程易. 化工学报. 2018(01)
[2]基于碳材料的超级电容器电极材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,赵慎龙,郝昌龙,陆晨光,朱以华,唐智勇. 物理化学学报. 2017(01)
[3]微波法合成层-层分离的镍铝水滑石/石墨烯超薄大片复合材料及其超级电容器电极性能（英文）[J]. 王卓,贾巍,蒋梦蕾,陈晨,李亚栋. Science China Materials. 2015(12)
[4]MnO2基超级电容器电极材料[J]. 万厚钊,缪灵,徐葵,亓同,江建军. 化工学报. 2013(03)
[5]不同晶型和形貌MnO2纳米材料的可控制备[J]. 许乃才,马向荣,乔山峰,袁佳琦,刘宗怀. 化学学报. 2009(22)
[6]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[7]ASAP2020比表面积及孔隙分析仪的应用[J]. 陈金妹,张健. 分析仪器. 2009(03)
[8]电化学聚合单壁碳纳米管/聚苯胺复合物的电容特性研究[J]. 崔淑坤. 曲阜师范大学学报(自然科学版). 2009(02)
[9]现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用[J]. 吴立新,陈方玉. 武钢技术. 2005(06)
[10]交流阻抗谱的表示及应用[J]. 崔晓莉,江志裕. 上海师范大学学报(自然科学版). 2001(04)
本文编号：3401992
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Stern双电层电容模型
太原理工大学硕士研究生学位论文径所匹配。1.2.2.2 赝电容赝电容一种在电极材料表面或内部发生快速、可逆氧化还原反应的法拉第储能机制。与双电层的物理吸/脱附不同，它主要利用的是材料与离子发生反应时电荷的移动来进行储能。赝电容材料的电化学响应图谱在理想状态下与双电层电容器类似，CV 图中都表现出良好的矩形。与电池材料不同的是，赝电容材料在电化学反应中受到电极表面电荷传递过程的限制，而电池材料是由离子扩散控制的。赝电容的储能机制可以分为欠电位沉积、过渡金属氧化物如 RuO2、NiO、IrO2、MnO 以及某些贵金属的硫化物 TiS2等的氧化还原反应、插层赝电容以及导电聚合物的可逆电化学掺杂[16]。图 1-3 给出了不同储能机制的示意图。
β-,γ-, δ- ,λ-MnO2的晶体结构[53]Fig. 1-4 Crystal structures of α-, β-,γ-, δ- and λ-MnO2[53].1.2.3.3 导电聚合物导电聚合物具有高导电性（尤其是掺杂聚乙炔可达 104s·cm-1），高的电化学活性（外电场作用下，导电聚合物电极可逆地改变溶液氧化还原性的能力），在金属表面形成防腐涂层的功能等，因此也被人们广泛研究并应用到电化学器件中[54]。与金属氧化物类似，用作超级电容器的电极材料时主要依靠的是赝电容，导电聚合物与电解质离子发生氧化反应（掺杂）时，离子被吸引到电极（聚合物结构内部），进行还原反应（反掺杂）时离子转移回电解液中，是一种内部与表面之间进行的离子交换，因此反应速率较慢，可逆性较差，循环寿命不如过渡金属氧化物和碳材料[55]。这一类超级电容器的能量密度可达 39 Wh·kg 1，功率密度可达 35 kW·kg 1[56]。目前研究最多的导电聚合物有聚吡咯(PPy)[57]，聚乙炔(PA)，聚噻吩(PTh)，
【参考文献】：
期刊论文
[1]微结构反应器气固相催化过程强化的研究与工业化进展[J]. 曹晨熙,张辇,储博钊,程易. 化工学报. 2018(01)
[2]基于碳材料的超级电容器电极材料的研究[J]. 李雪芹,常琳,赵慎龙,郝昌龙,陆晨光,朱以华,唐智勇. 物理化学学报. 2017(01)
[3]微波法合成层-层分离的镍铝水滑石/石墨烯超薄大片复合材料及其超级电容器电极性能（英文）[J]. 王卓,贾巍,蒋梦蕾,陈晨,李亚栋. Science China Materials. 2015(12)
[4]MnO2基超级电容器电极材料[J]. 万厚钊,缪灵,徐葵,亓同,江建军. 化工学报. 2013(03)
[5]不同晶型和形貌MnO2纳米材料的可控制备[J]. 许乃才,马向荣,乔山峰,袁佳琦,刘宗怀. 化学学报. 2009(22)
[6]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[7]ASAP2020比表面积及孔隙分析仪的应用[J]. 陈金妹,张健. 分析仪器. 2009(03)
[8]电化学聚合单壁碳纳米管/聚苯胺复合物的电容特性研究[J]. 崔淑坤. 曲阜师范大学学报(自然科学版). 2009(02)
[9]现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用[J]. 吴立新,陈方玉. 武钢技术. 2005(06)
[10]交流阻抗谱的表示及应用[J]. 崔晓莉,江志裕. 上海师范大学学报(自然科学版). 2001(04)
本文编号：3401992
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