多孔碳材料的制備及其性能研究.pdf

1、多孔碳材料具有質(zhì)量輕、韌性高、模量高、穩(wěn)定性好、耐高溫、耐酸堿、無(wú)毒、吸附能力好、易于加工等優(yōu)良性能，因而被眾多領(lǐng)域所關(guān)注。近年來(lái)，碳材料學(xué)科的發(fā)展速度非常之快，特別是在新型綠色儲(chǔ)能器件——超級(jí)電容器中的研究與應(yīng)用。超級(jí)電容器具有比功率大，比容量高，使用壽命長(zhǎng)以及環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，吸引了廣大科學(xué)研究人員以及各國(guó)政府部門的廣泛關(guān)注。多孔碳類材料可以作為超級(jí)電容器核心部件電極的儲(chǔ)能材料，自然成為研究的熱點(diǎn)。本文以原料豐富的淀粉為溶膠-凝膠

2、前驅(qū)體的碳源，采用原位模板碳化法，制備前驅(qū)體溶膠-凝膠時(shí)，在前驅(qū)體中同步合成模板物質(zhì)，高溫碳化后酸洗去除模板最終得到制備的多孔碳材料。本文詳細(xì)討論了制備過(guò)程中的不同工藝參數(shù)（模板前驅(qū)體與碳源的比例、碳化溫度等）對(duì)材料形貌、結(jié)構(gòu)以及使用性能的影響。主要內(nèi)容如下:
　　 1.在制備淀粉溶膠過(guò)程中，同步形成了模板前驅(qū)體檸檬酸鈣;高溫碳化得到含碳酸鈣模板的復(fù)合物，再經(jīng)醋酸洗脫模板物質(zhì)得到蠕蟲狀孔道的多孔碳材料。通過(guò)控制溶膠-凝膠前驅(qū)體中

3、模板與碳源的比例來(lái)調(diào)控碳酸鈣在復(fù)合物中的含量，達(dá)到調(diào)節(jié)孔密度和孔徑大小的目的。其中各實(shí)驗(yàn)溫度獲得CaC30材料的孔徑主要為2 nm左右，部分其它尺寸的孔與之共同構(gòu)成層級(jí)孔結(jié)構(gòu)。
　　 2.研究并比較了CaC20-650、CaC30-650和CaC50-650的電化學(xué)性能,考察了這些碳材料在6 M KOH溶液中的超級(jí)電容器性質(zhì)。在0.5 C的放電倍率下比容量分別為156 F/g、180 F/g和168 F/g;恒流充放電測(cè)試結(jié)果表

4、明這三種碳電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性良好;交流阻抗測(cè)試研究了這三種材料的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)，各材料阻抗均由接觸電阻和法拉第電化學(xué)過(guò)程的容抗以及擴(kuò)散部分的阻抗共同作用，阻抗值均較小，有良好的電導(dǎo)率。
　　 3.對(duì)容量最大的CaC30-650材料進(jìn)行倍率測(cè)試，在0-1V下，分別以0.5C、1.0 C和1.5 C的電流密度對(duì)其進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，結(jié)果表明，該材料具有良好的倍率性能。
　　 4.本文還考察了該碳電極材料電催化氧化葡萄糖。循