金屬有機(jī)基多孔碳材料的制備及其超級(jí)電容特性研究.pdf

1、電化學(xué)電容器(ECs)，從其原理上來講是一種集傳統(tǒng)電容器和電池/燃料電池種種優(yōu)點(diǎn)于一身的新型能量?jī)?chǔ)存設(shè)備和轉(zhuǎn)換裝置，由于該裝置具有功率密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電信設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、備用電源系統(tǒng)以及混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。高性能電極材料的研究是發(fā)展超級(jí)電容器技術(shù)的關(guān)鍵所在。因具有大的比表面積的多孔碳材料在超級(jí)電容器電極材料中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，本論文采用金屬有機(jī)骨架化合物MOF-5作為碳前軀體或模板

2、制備具有不同孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料，探討其制備工藝及進(jìn)行相應(yīng)的改性研究。主要的結(jié)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?dú)馕摳降葴鼐€等對(duì)制備的PCs樣品的物理化學(xué)性能進(jìn)行表征。測(cè)試結(jié)果表明，所有制備的材料均以介孔結(jié)構(gòu)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

3、窄的孔徑分布(2-10nm)。且表現(xiàn)出了最佳的電化學(xué)電容特性，在6.0molL-1 KOH電解液中，電流密度為1Ag-1時(shí)，它的比電容高達(dá)60.4Fg-1，5000次循環(huán)后比.電容幾乎沒什么衰減。
　　為了提高材料的活性，對(duì)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(jìn)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(tuán)的變化，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。結(jié)果表

4、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(tuán)明顯增加，同時(shí)表現(xiàn)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(dá)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(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，采用16molL-1 HNO3進(jìn)行活化處理，

5、得到活性多孔碳材料(APC-F)。并對(duì)樣品的物理及其電化學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明：經(jīng)過濃HNO3活化處理后的材料的表面含氧官能團(tuán)增加，電化學(xué)性能明顯提高，在1mVs-1掃描速度下APC-F電極的比電容高達(dá)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(duì)其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：APC-F電容器在6molL-1 KOH電解液中表現(xiàn)了最佳的電化學(xué)行為性能，在電流密度為1Ag-1時(shí)，其比電容