木質素熱裂解制備多孔碳材料及在超級電容器中的應用.pdf

1、木質素作為自然界中具有芳香性的高分子聚合物受到廣泛關注。本文以木質素為原料，通過直接熱裂解和催化熱裂解兩種方法制備多孔碳材料，并對其熱解特性用SEM，粒徑，有機元素，熱重，傅里葉紅外五種方法進行分析。其中，直接熱裂解討論了不同溫度對熱解特性的影響，催化熱裂解討論了不同碳堿比對熱解特性的影響。然后對不同熱裂解方法得到的碳孔材料用于超級電容器電極材料，討論其電化學性能。
　　結果表明，木質素熱裂解過程都分為三個階段:自由水脫除、揮發(fā)分

2、析出和深度熱裂解。木質素的熱裂解過程相對復雜，可以看作是化學鍵的不斷的斷裂和重組的過程，在較低的溫度下木質素芳環(huán)上支鏈的官能團斷裂，生成脂肪族物質，隨著溫度的升高，苯環(huán)也開始斷裂，大分子的結構熱裂解為小分子，在高溫下自由基進一步重組。
　　木質素直接熱解所得碳孔材料形貌成球狀或半球狀，表面存在大量孔隙，且表面粗糙，有起伏結構。粒徑分布均勻，且隨溫度的升高粒徑變小。催化熱裂解所得碳孔材料形貌成球狀或半球狀，其形貌大部分都為半球狀，且

3、表面粗糙有起伏結構，表面存在大量孔結構。但隨著碳堿比的提高，起伏結構變得越來越不明顯。分布規(guī)律基本一致，平均粒徑在66微米左右。相比于直接熱裂解氫氧化鈉催化裂解有利于碳孔材料粒徑變小，且粒徑大小與氫氧化鈉的添加量無關。
　　不同溫度下直接熱裂解得到的碳孔材料以KOH為電解液組裝的超級電容器，700℃的碳孔材料電學性能最優(yōu)。充放電過程可逆穩(wěn)定。在不同電流密度下，其比電容從40.8F/g下降到38F/g，下降5％左右。在1A/g的超大

4、電流下循環(huán)500次，循環(huán)性能良好。
　　700℃直接熱裂解得到的碳孔材料以不同電解液組裝的超級電容器，以KOH為電解液的超電電學性能優(yōu)于以Na2SO4為電解液的超電。雖兩者的充放電過程可逆穩(wěn)定，且循環(huán)性能良好，但以Na2SO4為電解液的超電在不同電流密度下，其比電容從7.8F/g下降到5F/g，下降比例36％左右。其比電容明顯低于以KOH為電解液的超電的比電容，且下降比例嚴重。
　　不同碳堿比催化熱裂解得到的碳孔材料以KOH