生物质多孔碳材料制备及电性能研究

木耳论文 氯化钠模板论文 二维碳纳米片论文
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生物质碳材料以其循环可持续、来源广泛、制备工艺简单等优点成为研究热点。本论文以生物质木耳为碳源,将干木耳粉加入到氯化钠溶液,混合均匀后冷冻干燥,在高温管式炉中碳化。木耳浸泡过程中,氯化钠扩散到木耳的孔中,干燥后,氯化钠以晶体颗粒析出,在碳化过程中可以起到支撑作用,避免木耳的孔结构塌陷。碳化温度高于800 ℃,氯化钠溶解,其液体表面可以作为模板,促进片层碳的形成。氯化钠对木耳碳材料的形貌和性能都有影响。经过一系列探究得出以下结论:(1)氯化钠使得碳化产物呈疏松片状结构。通过调控氯化钠模板比例、碳化温度和碳化产物后处理,发现木耳与氯化钠比例为1:10、碳化温度为900 ℃时,获得三维片层堆积结构,片层约2 nm左右,比表面积可以达到752 m2/g。该材料具有良好的电容性能,0.5A/g电流密度下的比电容为100F/g。对该材料进行酸处理后,形貌没有影响,但可溶解一些无机盐粒子,从而提高比表面积到928 m2/g。同时,电容性能得以提升,0.5A/g电流密度下的比电容为116F/g。(2)在前面工作的基础上,为进一步调控碳材料的结构和组成,在制备过程中掺入硫酸亚铁铵或聚磷酸铵。实验结果表明,硫酸亚铁铵或聚磷酸铵在高温碳化过程中产生大量气体,使产物的片层堆积更加疏松,比表面积可提高到1065 m2/g,但电容性能提升不明显,0.5 A/g电流密度下的比电容为97F/g。(3)活化是提高碳材料比表面积的有效手段,通过以KOH为活化剂,对碳化产物进一步高温活化,发现当KOH与碳化产物质量比为4:1时,活化产物形貌发生巨变,片层堆积的形貌消失,形成多级孔结构的无规形貌,比表面积可达2033m2/g。同时,电容性能急剧提升,0.5A/g电流密度下比电容为340F/g。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第1章 绪论第8-14页
    1.1 研究背景第8页
    1.2 生物质碳材料简介第8-9页
    1.3 超级电容器电极材料第9-10页
    1.4 燃料电池简介第10-11页
        1.4.1 燃料电池的组成及工作原理第10-11页
        1.4.2 氧气还原反应第11页
    1.5 本课题研究内容与创新第11-14页
        1.5.1 研究内容第12页
        1.5.2 本课题创新及研究意义第12-14页
第2章 硬模板法制备超薄木耳碳纳米片及电性能研究第14-44页
    2.1 引言第14页
    2.2 实验部分第14-16页
        2.2.1 实验试剂及仪器第14-15页
        2.2.2 实验过程第15-16页
        2.2.3 产物命名第16页
    2.3 结果与讨论第16-41页
        2.3.1 氯化钠加入对产物结构和性能的影响第16-23页
        2.3.2 氯化钠用量对产物结构和性能的影响第23-28页
        2.3.3 碳化温度对产物结构和性能的影响第28-35页
        2.3.4 产物酸处理对结构和性能的影响第35-41页
    2.4 碳化过程中反应机理及分析第41页
    2.5 小结第41-44页
第3章 掺杂和活化法制备木耳碳材料及电性能研究第44-68页
    3.1 引言第44页
    3.2 实验过程第44-46页
        3.2.1 实验试剂及仪器第44-45页
        3.2.2 实验过程第45-46页
        3.2.3 产物命名第46页
    3.3 结果与讨论第46-65页
        3.3.1 掺入硫酸亚铁铵对结构和性能的影响第46-54页
        3.3.2 聚磷酸铵对形貌和性能的影响第54-58页
        3.3.3 高温活化对结构和性能的影响第58-65页
    3.4 活化机理第65-66页
    3.5 小结第66-68页
结论第68-70页
参考文献第70-78页
附录第78-80页
致谢第80-82页
攻读硕士学位期间的科研成果第82页
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