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金屬有機基多孔碳材料的制備及其超級電容特性研究

發布人:杜康集團 來源:杜康集團 www.225561.buzz更新日期: 2018-08-30 14:39:59

金屬有機基多孔碳材料的制備及其超級電容特性研究

金屬有機基多孔碳材料的制備及其超級電容特性研究

金屬有機基多孔碳材料的制備及其超級電容特性研究


電化學電容器(ECs),從其原理上來講是一種集傳統電容器和電池/燃料電池種種優點于一身的新型能量儲存設備和轉換裝置,由于該裝置具有功率密度高、充放電速度快、循環壽命長等優點,在電信設備、便攜式電子設備、備用電源系統以及混合動力汽車等領域有著廣泛的應用前景。高性能電極材料的研究是發展超級電容器技術的關鍵所在。因具有大的比表面積的多孔碳材料在超級電容器電極材料中得到了廣泛的應用。因此,本論文采用金屬有機骨架化合物MOF-5作為碳前軀體或模板制備具有不同孔結構的多孔碳材料,探討其制備工藝及進行相應的改性研究。主要的結果如下:<b... 電化學電容器(ECs),從其原理上來講是一種集傳統電容器和電池/燃料電池種種優點于一身的新型能量儲存設備和轉換裝置,由于該裝置具有功率密度高、充放電速度快、循環壽命長等優點,在電信設備、便攜式電子設備、備用電源系統以及混合動力汽車等領域有著廣泛的應用前景。高性能電極材料的研究是發展超級電容器技術的關鍵所在。因具有大的比表面積的多孔碳材料在超級電容器電極材料中得到了廣泛的應用。因此,本論文采用金屬有機骨架化合物MOF-5作為碳前軀體或模板制備具有不同孔結構的多孔碳材料,探討其制備工藝及進行相應的改性研究。主要的結果如下:
  以MOF-5為碳前軀體,在不同的溫度下直接炭化制備了具有不同比表面積的多孔碳材料(PCs)。通過TEM、XRD、氮氣吸脫附等溫線等對制備的PCs樣品的物理化學性能進行表征。測試結果表明,所有制備的材料均以介孔結構為主,且為部分石墨化的多孔碳。其中,900℃炭化下制備的多孔碳材料(PC-900)具有較大的BET比表面積(1000m2g-1)及較窄的孔徑分布(2-10nm)。且表現出了最佳的電化學電容特性,在6.0molL-1 KOH電解液中,電流密度為1Ag-1時,它的比電容高達60.4Fg-1,5000次循環后比.電容幾乎沒什么衰減。
  為了提高材料的活性,對以MOF-5為碳前軀體,炭化溫度為900℃所制備的碳材料用16molL-1 HNO3進行活化處理,得到了活性多孔碳材料(APC-900)。并利用紅外光譜研究其表面含氧官能團的變化,同時對其進行電化學測試。結果表明:與活化前的材料PC-900相比,APC-900的比表面積及平均孔徑均有所減小,但其表面含氧官能團明顯增加,同時表現了更好的電容特性,在1mVs-1掃描速度下APC-900電極的比電容高達312.8Fg-1,而PC-900電極的比電容只有207.8Fg-1。
  以MOF-5為模板,糠醇為碳源,在900℃下制備了多孔碳材料(PC-F)。為了改善多孔碳材料PC-F的表面結構和電化學性能,采用16molL-1 HNO3進行活化處理,得到活性多孔碳材料(APC-F)。并對樣品的物理及其電化學性能進行表征。結果表明:經過濃HNO3活化處理后的材料的表面含氧官能團增加,電化學性能明顯提高,在1mVs-1掃描速度下APC-F電極的比電容高達317.2Fg-1。
  將APC-F多孔碳材料組裝成扣式電容器,并探討了不同水系電解液對其電化學性能的影響。結果表明:APC-F電容器在6molL-1 KOH電解液中表現了最佳的電化學行為性能,在電流密度為1Ag-1時,其比電容達到77.0Fg-1。

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