钴氮掺杂碳基微结构的设计制备及其硫复合材料性能研究
发布时间：2021-02-25 23:16
多孔碳材料具有比表面积大、密度小、导电性好、化学稳定性强、结构可调控和孔径可调节等优点,广泛应用于储能、催化、吸附等领域。本论文分析了多孔碳材料微结构的特点,通过钴和氮元素的掺杂设计并制备了不同微结构的碳基质材料,并与硫单质进行复合,研究不同微结构碳基材料对碳硫复合材料的电化学性能影响。以苯酚和甲醛为原料,通过调控反应物摩尔比等参数,室温制备了粒径在200nm～500 nm可控的酚醛树脂球。通过溶液浸渍法将钴元素引入到高分子球中,在H2/Ar还原气氛中,完成高温碳化,同时在钴元素催化作用下,碳球表面原位生长单壁碳纳米管,制备了类蒲公英球形结构的碳基微结构材料（PS-CNT）。采用熔融扩散法制备了碳硫复合电极材料。对所制备的碳基微结构进行了表征,电化学性能测试结果表明,在电流密度为0.1 C下,碳硫复合电极活性物质的首次放电比容量能够达到1053 mA h g-1,循环200次以后还能保持427 mA h g-1的放电比容量。以六水合硝酸钴和2-甲基咪唑为原料制备出正十二面体结构的有机金属化物ZIF-67,通过调控反应物摩...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MFS(三聚氰胺-甲醛球)与NCMS(富氮碳微孔球)的合成示意图
第1章绪论3备具有可调节孔结构的二维PCNS材料。实验证明随着KOH量的增加，PCNS材料中孔体积明显增加。具有2D纳米片形状和多孔结构的PCNS作为电极材料，缩短了离子传输距离并增加了离子的传输速度，从而显著提高了电极材料的电化学性能，与没有经过KOH活化的微细活性炭颗粒相比，经过活化后的电极材料在100Ag-1下具有246Fg-1的高比电容，电容保持率为82%。PCNS在两电极测试中，无论水系还是有机电解质体系，均显示出优异的高倍率性能，在40Ag-1下的电容保持率分别为83%和81%。1.2.3模板法为了生产高度有序孔隙度的碳材料，可以通过不同的模板法来控制碳材料的孔结构，模板法通常分为硬模板法和软模板法。硬模板法是制造具有明确孔结构和狭窄孔径分布碳材料的最成熟方法之一。常用的硬模板有SiO2、MgO、ZnO、Al2O3、TiO2以及沸石[16]。通过硬模板法可以容易地合成均匀的多孔结构。硬模板法使用过程主要包括：(1)制造所需的硬模板；(2)用碳源浸渍硬模板；(3)在高温下热解；(4)通过酸或碱溶液蚀刻来蚀刻模板。在这些氧化物模板中，二氧化硅硬模板是合成介孔碳最成熟的模板之一[17]。图1-2Fe3O4@SiO2@PPy制备示意图Liu等[18]人通过在Fe3O4上聚合制备SiO2硬模板的方法合成了具有良好电磁波吸收性能的有序核/壳/壳状Fe3O4@SiO2@PPy微球(如图1-2)。实验通过改变Fe3O4@SiO2与吡咯的摩尔比，可以调控SiO2壳的厚度从20nm到60nm。实验证明随着包覆层厚度的增加，电磁波吸收峰的位置逐渐向低频方向移动。在包覆层为5mm厚度下，在6GHz时最小反射损失达到-40.9dB。从11.1GHz到18GHz，有效吸收带宽可以达到6.88GHz，完全覆盖整个频带(12GHz~18GHz)。制备的
第1章绪论5搅拌2h后，加入正硅酸四乙酯，在40℃下搅拌20h，加入NH4F，在烘箱中100℃下反应24h，然后，将制备好的产品在550℃下退火4h，制备S-MSF；以S-MSF作为合成SMCF的模板。将AlCl3·6H2O溶于乙醇，在搅拌过程中添加S-MSF。蒸发乙醇后，将掺杂铝的S-MSF粉末在空气中550°C煅烧4h。与糠醇和四甘醇二甲醚的混合物混合，干燥。并在850℃氩气下碳化3h。最后，在用HF蚀刻模板之后收集球形介孔碳球(S-MCF)。通过简单的浸渍方法制备FeNC/S-MCF；S-MSF表现出球形形态和均匀的粒径(5μm)，并且S-MCF具有高导电性,通过BET测试，具有4nm和30nm的中孔，具有高表面积(1267m2g-1)和超高孔隙体积(3.5m3g-1)。掺杂铁和氮元素的FeNC/S-MCF复合材料在催化和储能领域具有广阔的应用前景。图1-3聚偏氟乙烯粉末热解法制备S/UMC的示意图图1-4Fe-N-C/S-MCF合成路线及其电极反应的示意图。1.3.2碳纳米管与球形活性碳材料相比，碳纳米管具有更好的导电性，可以在电化学过程中提供连续的电子和离子传递途径[26-28]。而具有独特一维结构的碳纳米管可以通过化学自组装、真空过滤或冷冻干燥等方法构建出不同的宏观结构。因此，基于碳纳米管的材料被认为是一种很有前途的柔性硫载体，为锂电池中制备独立的碳纳米管/硫阴极提供了巨大的潜力[29,30]。Zheng等[31]通过煅烧制备空心碳纳米纤维。将悬浮在二甲基甲酰胺中的聚苯乙烯(PS)作为前驱体滴到阳极氧化铝(AAO)模板上，将高纵横比的AAO(直径约为200
本文编号：3051722
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MFS(三聚氰胺-甲醛球)与NCMS(富氮碳微孔球)的合成示意图
第1章绪论3备具有可调节孔结构的二维PCNS材料。实验证明随着KOH量的增加，PCNS材料中孔体积明显增加。具有2D纳米片形状和多孔结构的PCNS作为电极材料，缩短了离子传输距离并增加了离子的传输速度，从而显著提高了电极材料的电化学性能，与没有经过KOH活化的微细活性炭颗粒相比，经过活化后的电极材料在100Ag-1下具有246Fg-1的高比电容，电容保持率为82%。PCNS在两电极测试中，无论水系还是有机电解质体系，均显示出优异的高倍率性能，在40Ag-1下的电容保持率分别为83%和81%。1.2.3模板法为了生产高度有序孔隙度的碳材料，可以通过不同的模板法来控制碳材料的孔结构，模板法通常分为硬模板法和软模板法。硬模板法是制造具有明确孔结构和狭窄孔径分布碳材料的最成熟方法之一。常用的硬模板有SiO2、MgO、ZnO、Al2O3、TiO2以及沸石[16]。通过硬模板法可以容易地合成均匀的多孔结构。硬模板法使用过程主要包括：(1)制造所需的硬模板；(2)用碳源浸渍硬模板；(3)在高温下热解；(4)通过酸或碱溶液蚀刻来蚀刻模板。在这些氧化物模板中，二氧化硅硬模板是合成介孔碳最成熟的模板之一[17]。图1-2Fe3O4@SiO2@PPy制备示意图Liu等[18]人通过在Fe3O4上聚合制备SiO2硬模板的方法合成了具有良好电磁波吸收性能的有序核/壳/壳状Fe3O4@SiO2@PPy微球(如图1-2)。实验通过改变Fe3O4@SiO2与吡咯的摩尔比，可以调控SiO2壳的厚度从20nm到60nm。实验证明随着包覆层厚度的增加，电磁波吸收峰的位置逐渐向低频方向移动。在包覆层为5mm厚度下，在6GHz时最小反射损失达到-40.9dB。从11.1GHz到18GHz，有效吸收带宽可以达到6.88GHz，完全覆盖整个频带(12GHz~18GHz)。制备的
第1章绪论5搅拌2h后，加入正硅酸四乙酯，在40℃下搅拌20h，加入NH4F，在烘箱中100℃下反应24h，然后，将制备好的产品在550℃下退火4h，制备S-MSF；以S-MSF作为合成SMCF的模板。将AlCl3·6H2O溶于乙醇，在搅拌过程中添加S-MSF。蒸发乙醇后，将掺杂铝的S-MSF粉末在空气中550°C煅烧4h。与糠醇和四甘醇二甲醚的混合物混合，干燥。并在850℃氩气下碳化3h。最后，在用HF蚀刻模板之后收集球形介孔碳球(S-MCF)。通过简单的浸渍方法制备FeNC/S-MCF；S-MSF表现出球形形态和均匀的粒径(5μm)，并且S-MCF具有高导电性,通过BET测试，具有4nm和30nm的中孔，具有高表面积(1267m2g-1)和超高孔隙体积(3.5m3g-1)。掺杂铁和氮元素的FeNC/S-MCF复合材料在催化和储能领域具有广阔的应用前景。图1-3聚偏氟乙烯粉末热解法制备S/UMC的示意图图1-4Fe-N-C/S-MCF合成路线及其电极反应的示意图。1.3.2碳纳米管与球形活性碳材料相比，碳纳米管具有更好的导电性，可以在电化学过程中提供连续的电子和离子传递途径[26-28]。而具有独特一维结构的碳纳米管可以通过化学自组装、真空过滤或冷冻干燥等方法构建出不同的宏观结构。因此，基于碳纳米管的材料被认为是一种很有前途的柔性硫载体，为锂电池中制备独立的碳纳米管/硫阴极提供了巨大的潜力[29,30]。Zheng等[31]通过煅烧制备空心碳纳米纤维。将悬浮在二甲基甲酰胺中的聚苯乙烯(PS)作为前驱体滴到阳极氧化铝(AAO)模板上，将高纵横比的AAO(直径约为200
本文编号：3051722
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3051722.html
