基于煤疏中质组的层次孔结构炭材料制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-10-02 03:54
以煤全组分分离所得到的疏中质组为原料,分别采用二次活化法和模板法制备了层次孔炭材料,考察了制备工艺条件对材料孔结构及电化学性能的影响,分析了材料石墨化度和微观形貌演变过程,并对二次活化法和模板法的造孔机理进行了分析探讨。结果表明:以ZnCl2为一次活化剂、KOH为二次活化剂的二次活化过程,能够有效制备出具有超大比表面积的层次孔炭材料。当一次活化温度为500°C、活化剂比例为2:1、活化时间为1 h时,所制备的炭材料微孔-中孔-大孔结构均最发达,比表面积高达4672 m2/g,比电容在5 A/g下可达233 F/g。适宜的活化剂比例有利于中孔形成,活化剂过量则会导致孔结构缺陷和坍塌;活化温度较低时,反应不能有效进行,而温度过高则会使得ZnCl2侵蚀作用增强,破坏孔隙通道;活化时间过长或过短都会造成孔结构一定程度上的衰减,以1 h活化效果最佳。ZnCl2在活化过程中作为电子对的接受体中心与-OH、-NH2等发生反应,造成分子间氢键的断裂,从而制备出较为发达的中微孔结构;KOH则在已...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1层次孔炭材料制备工艺流程
硕士学位论文μm 的大孔结构，有利于电解液的缓释和电解质离子的快速转移，与此同时，结合上节中的孔结构分析能够充分证明 HPC-1 有着典型的多级层次孔结构，微孔-中孔-大孔结构均非常发达，因而有着最为理想的电化学性能；扫描电镜下观察发现 HPC-2 仍有着较为发达的孔隙结构，但是相对于 HPC-1 其孔径明显增大，大部分集中在 1~5 μm且存在着一定程度的孔壁烧蚀现象，这说明过度的延长活化时间会引起扩孔效应并导致孔结构遭到一定程度的破坏；而当活化时间达到 3 h 时，样品的孔结构遭到严重破坏，从图 3-10d 中可以明显的看到许多烧蚀破损后的残余泡壁，孔数量急剧减少，这与孔结构参数和电化学性能变化相一致；随着活化时间的继续延长，HPC-4，HPC-5又出现了较多的孔隙结构，且孔径逐渐增大，说明二次造孔作用重新构造了新的孔隙结构，但其效果并不理想，且活化时间过长，大大增加了生产周期和生产成本。
1000 2000 30002D bandntInsieyt(.u.)aRaman Shift (cm-1)HPC-3HPC-4HPC-5图 3-11 不同活化时间层次孔炭材料的拉曼光谱图Figure 3-11 Raman plots of HPCs in different activation time3.5 二次活化法造孔机理分析（Reactivation Mechanism）通过疏中质组的红外谱图我们发现，疏中质组[25]有着较高比例的酚羟基、醇羟基、氨基等官能团。ZnCl2在活化反应中能够作为电子对的接受体中心与-OH、-NH2等发生反应，造成分子间氢键的断裂，起到脱水和侵蚀的作用，从而构建出较为发达的中微孔结构[72]，其反应机理如图 3-12 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于煤疏中质组分的泡沫炭制备与机理[J]. 秦志宏,常鹏,邓兵,陈航,卜良辉,周丽. 煤炭转化. 2016(04)
[2]Mesophase formation of coal-tar pitches used for impregnant of C/C composites[J]. 巩前明,黄启忠,黄伯云,张福勤,陈腾飞. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2001(04)
博士论文
[1]石墨烯基超级电容器电极材料的控制合成及形成机理研究[D]. 陈胜.南京理工大学 2012
[2]炭基电化学电容器电极材料的制备与电容性能研究[D]. 时志强.天津大学 2007
硕士论文
[1]三维结构石墨烯基超级电容器电极材料的制备及性能研究[D]. 王旭.哈尔滨工业大学 2015
[2]石墨烯基电极材料的制备与超级电容器性能研究[D]. 窦元运.宁夏大学 2014
[3]石墨烯基超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究[D]. 曹海亮.宁波大学 2013
[4]石墨烯复合材料用于超级电容器电极材料的性能研究[D]. 高赞.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3417955
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1层次孔炭材料制备工艺流程
硕士学位论文μm 的大孔结构，有利于电解液的缓释和电解质离子的快速转移，与此同时，结合上节中的孔结构分析能够充分证明 HPC-1 有着典型的多级层次孔结构，微孔-中孔-大孔结构均非常发达，因而有着最为理想的电化学性能；扫描电镜下观察发现 HPC-2 仍有着较为发达的孔隙结构，但是相对于 HPC-1 其孔径明显增大，大部分集中在 1~5 μm且存在着一定程度的孔壁烧蚀现象，这说明过度的延长活化时间会引起扩孔效应并导致孔结构遭到一定程度的破坏；而当活化时间达到 3 h 时，样品的孔结构遭到严重破坏，从图 3-10d 中可以明显的看到许多烧蚀破损后的残余泡壁，孔数量急剧减少，这与孔结构参数和电化学性能变化相一致；随着活化时间的继续延长，HPC-4，HPC-5又出现了较多的孔隙结构，且孔径逐渐增大，说明二次造孔作用重新构造了新的孔隙结构，但其效果并不理想，且活化时间过长，大大增加了生产周期和生产成本。
1000 2000 30002D bandntInsieyt(.u.)aRaman Shift (cm-1)HPC-3HPC-4HPC-5图 3-11 不同活化时间层次孔炭材料的拉曼光谱图Figure 3-11 Raman plots of HPCs in different activation time3.5 二次活化法造孔机理分析（Reactivation Mechanism）通过疏中质组的红外谱图我们发现，疏中质组[25]有着较高比例的酚羟基、醇羟基、氨基等官能团。ZnCl2在活化反应中能够作为电子对的接受体中心与-OH、-NH2等发生反应，造成分子间氢键的断裂，起到脱水和侵蚀的作用，从而构建出较为发达的中微孔结构[72]，其反应机理如图 3-12 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于煤疏中质组分的泡沫炭制备与机理[J]. 秦志宏,常鹏,邓兵,陈航,卜良辉,周丽. 煤炭转化. 2016(04)
[2]Mesophase formation of coal-tar pitches used for impregnant of C/C composites[J]. 巩前明,黄启忠,黄伯云,张福勤,陈腾飞. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2001(04)
博士论文
[1]石墨烯基超级电容器电极材料的控制合成及形成机理研究[D]. 陈胜.南京理工大学 2012
[2]炭基电化学电容器电极材料的制备与电容性能研究[D]. 时志强.天津大学 2007
硕士论文
[1]三维结构石墨烯基超级电容器电极材料的制备及性能研究[D]. 王旭.哈尔滨工业大学 2015
[2]石墨烯基电极材料的制备与超级电容器性能研究[D]. 窦元运.宁夏大学 2014
[3]石墨烯基超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究[D]. 曹海亮.宁波大学 2013
[4]石墨烯复合材料用于超级电容器电极材料的性能研究[D]. 高赞.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3417955
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