改性炭氣凝膠的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、炭氣凝膠是一種新型多孔炭材料，具有低密度、連續(xù)孔結(jié)構(gòu)、高比表面積和高導(dǎo)電性等優(yōu)點。由于炭氣凝膠獨特的微觀結(jié)構(gòu)（由碳納米顆粒及納米孔組成），可被用于超級電容器的電極，先進催化劑的載體，色譜儀的填料，吸附劑等。本論文采用添加致孔劑、負載金屬、成球等手段制備新型改性炭氣凝膠，研究致孔劑、金屬等對炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)性能及電化學性能的影響。具體包括以下四個方面： 1、以間苯二酚、甲醛為原料，可溶性淀粉為致孔劑，經(jīng)過溶膠-凝膠、溶劑置換、超臨界

2、干燥和在1000℃惰性氣氛下熱解，最終形成淀粉改性的炭氣凝膠。討論了不同含量淀粉的加入對炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。結(jié)果表明：在炭化過程中，淀粉被裂解掉：淀粉改性對比表面積的提高有限，比表面積從403㎡/g增加到468㎡/g；在一定范圍內(nèi)（<6%），可溶性淀粉的加入對原炭氣凝膠的孔徑分布基本沒有影響，且提高了樣品的比電容，比電容最高可達到151．7F/g。 2、以間苯二酚、甲醛為原料，添加適量的十二烷基苯磺酸鈉，再加入不同

3、濃度的乙酸鎳溶液，在85℃水浴中聚合；經(jīng)溶膠-凝膠、溶劑置換、常壓干燥和1000℃氮氣氣氛下熱解，得到負載不同含量金屬Ni的炭氣凝膠。利用透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、比表面積及孔徑分析（BET）、直流充放電測試和循環(huán)伏安曲線等手段，對比討論了負載不同含量金屬Ni對炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，這種方法可以均勻地將Ni納米粒子分散于炭氣凝膠中；適量的金屬Ni可使炭氣凝膠的比表面積及充放電性能得到

4、顯著提高；如負載Ni含量過高則炭氣凝膠石墨化程度增加。 3、以間苯二酚、甲醛為反應(yīng)單體，加入銅氨溶液，在不同體系中經(jīng)過反相懸浮聚合，形成球狀有機凝膠，再經(jīng)過溶劑置換、超臨界干燥和氮氣氣氛保護下熱解，制得負載金屬銅的球狀炭氣凝膠。利用透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、比表面積及孔徑分析（BET）等手段，研究了納米銅粒子在炭氣凝膠中的分布及其結(jié)構(gòu)性能情況。結(jié)果表明：利用銅氨法制備的球狀炭氣凝膠，其中的納

5、米銅粒子分布均勻，且球狀炭氣凝膠粒徑分布均勻，機械強度較高；對比表面積有一定提高，可達460㎡/g。 4、以苯酚、間苯二酚和甲醛為原料，加入催化劑，在75℃水浴下以食用油和司班80為反應(yīng)介質(zhì)，經(jīng)過反相懸浮聚合，形成球狀有機凝膠；再經(jīng)過不同濃度的金屬鹽溶液（硝酸銅、硝酸錳和鈦酸丁酯）浸泡，丙酮置換，超臨界干燥，炭化等工藝，制成負載金屬的球狀炭氣凝膠。經(jīng)過透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、比表面積及孔徑

6、分析（BET）和充放電測試等手段，研究了金屬的加入對原球狀炭氣凝膠的影響。結(jié)果表明：金屬的引入，使原有球狀炭氣凝膠的比表面積有所下降，且金屬含量越高，下降越多；同時金屬含量增加，使炭氣凝膠的孔徑有向微中孔發(fā)展的趨勢。浸漬法負載金屬，最大程度地保持了原球狀炭氣凝膠的的強度，以及對球形度和外觀形貌無明顯影響。銅粒子多鑲嵌在球體表面，在負載錳的球狀炭氣凝膠內(nèi)部有分散均勻的錳粒子，大部分呈非結(jié)晶狀態(tài)。金屬的負載總體上使得這幾種炭氣凝膠的比電容下