22248.酚醛樹脂基微孔炭的設計、合成及其超電容和二氧化碳吸附性能

1、分類號：TQ152單位代碼：10433密級：學號：Y1305137山東理工大學山東理工大學碩士學位論文酚醛樹脂基微孔炭的設計、合成及其超電容酚醛樹脂基微孔炭的設計、合成及其超電容和二氧化碳吸附性能和二氧化碳吸附性能PhenolicResinbasedMicropousCarbons:DesignPreparationTheirSupercapacitanceCO2SptionPerfmance研究生：李朝輝李朝輝指導教師：禚淑萍禚淑萍教

2、授教授協(xié)助指導教師：周晉周晉副教授副教授申請學位門類級別：工學碩士工學碩士學科專業(yè)名稱：化學工程與技術化學工程與技術研究方向：電化學電化學論文完成日期：20152015年4月20日山東理工大學碩士學位論文摘要I摘要微孔炭材料在超級電容器和二氧化碳捕集領域已經(jīng)表現(xiàn)出潛在的應用前景。研究表明，碳材料的孔尺寸和分布與所選電解液的離子尺寸相匹配是超級電容器保持優(yōu)異電容性能的必要條件之一，豐富的微孔和氮元素摻雜可以有效提高微孔炭對二氧化碳溫室氣體

3、的吸附性能。本文以酚醛樹脂為碳源，制備了兩類酚醛樹脂基微孔炭，并研究了所制備微孔炭材料的超電容性能和二氧化碳吸附性能。以24二羥基苯甲酸和甲醛為原料，不同堿金屬氫氧化物作為催化劑，首先制備了酚醛樹脂羧酸鹽，直接熱解羧酸鹽制備了孔分布集中且孔尺寸可調(diào)的微孔炭材料(MACs)。利用樹脂酚環(huán)上高度分散的活化能力不同的堿金屬離子，實現(xiàn)了微孔尺寸的精確調(diào)控，且隨活化離子半徑增大，微孔平均尺寸從0.63增大到0.76nm。系統(tǒng)的電化學研究表明，影響

4、MACs電容性能最為重要的因素是其孔尺寸與電解液離子的匹配程度。在KOH電解液中，所制備的MACs在較高的電流密度和頻率下均具有較高的電容保持率，其中CsAC具有最好的超電容性能，電容值高達221.6Fg1，10000次恒流充放電測試循環(huán)結束后，其電容值幾乎保持不變，保持率高達98%；在EMIMBF4電解液中，超級電容器可以提供更高的能量密度，測試溫度60C時，CsAC的電容值高達222.1Fg1，相應的能量密度高達30.8Whkg1。

5、二氧化碳吸附結果表明，微孔孔容對其吸附性能起到?jīng)Q定性作用。在25C和1bar的條件下，CsAC的CO2吸附量高達5.19mmolg1，且其CO2N2選擇性為18，并具有穩(wěn)定的循環(huán)再生性。以3氨基酚和甲醛為原料，KOH作為催化劑和活化劑，直接熱解酚醛樹脂干凝膠，制備了一系列微孔尺寸集中分布的氮雜微孔炭材料(NMCx)。通過SEM、EDS、XRD和XPS等表征手段對炭材料的結構、形貌及表面性質(zhì)作了分析。結果顯示，所制備的NMCx氮含量在1.

6、33.8at%之間，微孔尺寸精確控制在0.500.58nm之間，且隨碳化溫度的增加，NMCx的表面含氮官能團逐漸減少，微孔尺寸同時呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。電化學研究表明，氮含量最高的NMC600比電容值最大，達195.4Fg1，NMC700具有最優(yōu)的比電容值保持率，表明雜原子(主要是N元素)摻雜對超級電容器電極材料的電容性能影響較大。二氧化碳吸附結果表明，NMCx具有優(yōu)異的低壓二氧化碳吸附性能，其中，NMC600在25C和0.15bar的