有序針狀焦的制備及其電化學性能研究.pdf

1、煤系針狀焦作為一種新型碳材料，在工業(yè)、國防、航天和特殊民用工業(yè)中有著廣泛的用途，其中主要以制造煉鋼用超高功率石墨電極材料的用量最大。隨著科學技術(shù)的進步，針狀焦用于鋰離子電池和超級電化學電容器的電極材料的研究也在迅猛發(fā)展。針狀焦結(jié)構(gòu)的有序性是制備高質(zhì)量新型碳材料的關(guān)鍵，而決定針狀焦結(jié)構(gòu)的有序性的重要因素是煤瀝青中間相的有序化形成的條件和環(huán)境。目前對于外界因素影響中間相的形成機制仍然沒有明確的理論解釋，因此探討影響中間相的形成機理以及有序針

2、狀焦的電化學性能，對于開發(fā)新型的碳材料具有重要的學術(shù)意義和實用價值。
　　 本研究以含有稠環(huán)芳烴的煤焦油瀝青為原料，用催化劑NiCl2催化和溶劑法工藝對原料進行了處理，在外加磁場和無磁場的條件下制備了針狀焦。通過掃描電鏡(SEM)觀察了不同條件下制備的針狀焦的形貌；用X-射線衍射(XRD)表征了不同針狀焦的結(jié)構(gòu)，分析了外加磁場對中間相的作用機理；用普通針狀焦和合成的有序針狀焦作為載體制備了電化學催化電極。在酸性溶液中，通過循環(huán)伏

3、安法(CV)分別測試了甲醇電化學電極催化的氧化還原性和可逆性；采用電化學阻抗譜(EIS)表征了不同電極材料的電化學反應性；通過電化學等效電路軟件擬合求出了針狀焦電極材料的雙電層電容Cd、電化學反應電阻Rt和電極表面的彌散系數(shù)n。研究結(jié)果如下：掃描電鏡觀察表明，磁場作用中間相后制備的針狀焦結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的有序性，具有各向異性的易石墨化的纖維結(jié)構(gòu)；XRD結(jié)構(gòu)分析表明，有序針狀焦在(002)晶面的衍射峰高于普通針狀焦，相對普通針狀焦，有序針狀

4、焦具有更高的結(jié)晶度和較大的晶面間距。在磁場環(huán)境中，中間相多核芳香平面大分子可以發(fā)生定向排列。當碳質(zhì)中間相處于球形中間相階段時，外加磁場可以使這些球體內(nèi)部分子片層進一步取向，分子的平面度愈大，則形成的中間相的可塑性愈大，便于層狀結(jié)構(gòu)的形成。電化學循環(huán)伏安法分析表明，正向掃描過程中，在氧化電位-0.63V時，有序針狀焦電化學催化電極對甲醇的氧化性最大，逆向掃描過程中，還原峰和氧化峰對稱分布，氧化還原具有可逆性；電化學阻抗譜分析表明，有序針狀