電化學(xué)改性石墨和PAN基碳纖維的準(zhǔn)電容特性與電催化作用.pdf

1、在全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的背景下，各國(guó)政府對(duì)開(kāi)發(fā)利用與能源有關(guān)的關(guān)鍵科技都非常重視，各個(gè)國(guó)家大力發(fā)展清潔的、可再生的新能源以減少傳統(tǒng)能源。要大力發(fā)展新能源，儲(chǔ)能是關(guān)鍵。隨著太陽(yáng)能和風(fēng)能等新型能源的應(yīng)用，研發(fā)新型、高效率、長(zhǎng)壽命、低成本的儲(chǔ)能技術(shù)的研究顯得尤為重要。
　　本文主要采用恒電流階躍活化的方法對(duì)石墨和聚丙烯腈（PAN）基碳纖維電極進(jìn)行改性活化處理，制備出高性能的碳電極材料。通過(guò)SEM、XRD、FT-IR、TGA、XPS和拉

2、曼光譜等物理表征方法對(duì)改性前后這兩種碳材料進(jìn)行性能評(píng)價(jià)測(cè)試，以及結(jié)合循環(huán)伏安、恒電流充放電等電化學(xué)手段來(lái)對(duì)其準(zhǔn)電容性能以及電催化性能進(jìn)行研究。本文得出的結(jié)論主要有：
　?。?）兩種碳材料經(jīng)過(guò)活化改性以后，其表面都發(fā)生了不同程度的微晶化，晶型受到破壞，缺陷程度加深，形成亂層；而且活化改性以后，表面都生成了大量的含氧官能團(tuán)（羰基、醌基和羧基等），但不同的碳材料經(jīng)過(guò)改性后所生成的含氧官能團(tuán)的種類及數(shù)量不同。PAN基碳纖維電極經(jīng)電化學(xué)改性

3、處理后羥基的量明顯增加，而石墨電極經(jīng)電化學(xué)改性處理以后羧基和羰基的量增加比較明顯。這些含氧官能團(tuán)的增加使其電容量大幅提高。
　?。?）改性石墨電極對(duì)H2SO4溶液中的Fe3+/Fe2+電對(duì)具有明顯的電催化活性和較高的準(zhǔn)電容特性，其表觀面積比電容是不含 Fe3+/Fe2+的空白硫酸溶液的1.808倍,達(dá)到2.157 F·cm-2。而且，增大鐵離子濃度能夠進(jìn)一步提高其電容量。加入 Fe3+/Fe2+電對(duì)使得充放電曲線出現(xiàn)對(duì)稱的緩充緩放

4、現(xiàn)象，大大增加了其充放電時(shí)間，有效地提高了EC的電容存儲(chǔ)容量。
　?。?）通過(guò)比較石墨和PAN基碳纖維這兩種電極在改性前后對(duì)Ti4+/ Ti3+、Fe3+/Fe2+、V5+/V4+這三種典型的氧化還原型離子電偶對(duì)的電化學(xué)測(cè)試，可以得出，石墨電極和PAN基碳纖維電極改性后都具有很好的準(zhǔn)電容特性，但其電催化性能卻不同。改性石墨電極對(duì)這些電偶對(duì)具有更好的電催化性能，而改性PAN基碳纖維電極中含有的氮會(huì)對(duì)電偶對(duì)的催化起到毒副作用。XPS數(shù)