纖維素碳微球的水熱法制備及電化學(xué)性能的研究.pdf

1、在眾多形式各異、功能獨(dú)特的碳材料中,碳微球以其結(jié)構(gòu)形貌規(guī)整、導(dǎo)熱系數(shù)高、耐熱性能良好、物理與化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)越性,引起研究入員的廣泛關(guān)注,在電磁學(xué)、生物、物理、化學(xué)化工、材料學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。因此,碳微球的制備與研究工作具有重要意義。在眾多的制備方法中,水熱法具有原料價(jià)廉易得、成本投入低、生產(chǎn)能耗少、工藝綠色環(huán)保、設(shè)備簡單易操作等優(yōu)點(diǎn),成為近年來制備碳微球的研究熱點(diǎn)。
　　 本論文以纖維素為原料,分別以去離子水和添

2、加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇溶液為分散劑,采用水熱法成功制備了碳微球材料。通過單因素實(shí)驗(yàn),研究了碳化溫度、反應(yīng)時(shí)間、原料投料比以及助劑(無水乙醇)添加量等參數(shù)對(duì)碳微球微觀形貌、晶態(tài)結(jié)構(gòu)及表面官能團(tuán)的影響規(guī)律,同時(shí)對(duì)纖維素水熱碳化的機(jī)理作了分析和探討,并對(duì)添加乙醇助劑所得碳微球的電化學(xué)性能進(jìn)行了初步測試。
　　 研究工作得出的主要結(jié)果如下:
　　 (1)選取纖維素棉漿為原料、去離子水作分散劑,采用水熱法制備得到微米級(jí)的碳微球,通過

3、碳化溫度和反應(yīng)時(shí)間可調(diào)節(jié)微觀形貌、晶態(tài)結(jié)構(gòu)及粒徑尺寸。碳化起始溫度為230℃,此后隨溫度升高纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的碳粉末材料;隨著反應(yīng)時(shí)間的延長,產(chǎn)物的球化趨勢隨之增大,碳微球的形貌良好,但同時(shí)球顆粒的粒徑均勻度降低。
　　 (2)以纖維素為碳源、乙醇水溶液為分散劑,利用水熱碳化法制得碳微球材料。最佳反應(yīng)參數(shù)為:原料與分散劑的投料比為1.0g/25mL、助劑乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60wt％、碳化溫度為320℃、保溫時(shí)間為24h。在此實(shí)驗(yàn)

4、條件下,可合成出形貌良好、粒徑均勻、成球率高的碳微球。
　　 (3)利用水熱法制得的碳微球,其表面可直接生成羥基、羰基、羧基、醛基及末端炔基等官能團(tuán),且反應(yīng)過程有一定的芳構(gòu)化。即:碳化過程與表面功能化改性可一步完成,省卻了傳統(tǒng)碳材料制備工藝中的表面修飾和改性工作。
　　 (4)添加乙醇助劑制得的碳微球材料呈現(xiàn)一定的石墨化,在循環(huán)伏安性能測試中表現(xiàn)出可逆電容量的改善和提高。乙醇百分量達(dá)到60%時(shí),碳微球材料的電容量和充放電