嵌段共聚物直接碳化法制備多孔碳材料及電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文綜述了超級電容器最新研究進展，重點對超級電容器碳材料的制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述。對于雙電層電容器來說，系統(tǒng)研究碳材料的孔隙率和孔徑分布與超級電容性能關(guān)系，是一個非常重要的基礎(chǔ)科學(xué)問題。遺憾的是對于這一問題基本都止步于定性的說明或解釋，沒有有力的實驗驗證。這一方面是因為體系的復(fù)雜性，另一方面是由于碳材料結(jié)構(gòu)的不可控性。據(jù)此，本課題提出了嵌段共聚物碳化法制備孔徑結(jié)構(gòu)精確可控的多孔碳電極材料的新方法。
　　本研究課題的實

2、施遵循聚合物聚合可控-碳材料結(jié)構(gòu)可控-高性能超級電容器碳電極材料為主線的研究路線，即通過控制嵌段共聚物鏈段的柔順性、改變鏈段分子量及不同鏈段的相對含量來調(diào)控嵌段共聚物的形態(tài)結(jié)構(gòu);進而調(diào)控碳材料的孔徑結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容如下:
　　(1)在實驗中，通過可逆加成鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合方法制備了嵌段共聚物前驅(qū)體，并經(jīng)碳化制得具有高比表面積的多孔碳。在嵌段共聚物碳化的過程中，由于PMMA鏈段的分解產(chǎn)生了分級多孔結(jié)構(gòu)，而PAN鏈段在熱處理的中本體沒有孔

3、或有少量的微孔產(chǎn)生。由分析可知所制得的多孔碳材料具有高的微孔率為67％。此外，介孔范圍內(nèi)有兩種孔徑分布，在3.8nm和14nm左右，比表面積高達1246 m2g-1。更多研究發(fā)現(xiàn)，所制得的多孔碳材料是超級電容器電極的良好材料，并且具有較長的循環(huán)壽命，在2M的KOH溶液中經(jīng)過10000循環(huán)能夠保持初始容量的98％。值得注意的是通過嵌段共聚物的直接熱解制得了具有高比表面積、高質(zhì)量的多孔碳材料。這種碳材料的新穎的孔隙結(jié)構(gòu)，有可能在新的領(lǐng)域中的

4、到廣泛的應(yīng)用。
　　(2)以嵌段共聚物為前驅(qū)體，通過直接熱解聚丙烯腈嵌段聚苯乙烯(PAN-b-PS-b-PAN)制備新型納米多孔碳材料。碳材料制備依賴于嵌段共聚物分子的設(shè)計，而分子量可控、分布范圍較窄的嵌段共聚物則通過可逆加成鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合方法合成。所制備的碳材料不僅顯示了較高的比表面積(950 m2 g-1)，并且在2-4 nm的介孔范圍內(nèi)孔徑得到良好的控制。此外，作為電極材料在2 M KOH電解液中表現(xiàn)出了高的比容量（