介孔碳材料與碳基復(fù)合物的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、為了避免能源枯竭，進(jìn)一步發(fā)展清潔能源，新型的能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)吸引了廣泛的研究。超級(jí)電容器，又稱作電化學(xué)電容器，由于其高能量密度、快速的充放電過(guò)程、高電容量、成本低廉以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的性能，在電動(dòng)車、電子設(shè)備以及其他電力供應(yīng)設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。在通信技術(shù)、國(guó)防安全、航天航空以及民生交通等領(lǐng)域，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。在電容器組分中，電極材料對(duì)電容器的性能起著決定性的作用。常用的電極材料包括碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物

2、等。其中碳材料及其復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料得到了廣泛的研究與關(guān)注。但是，合成方法簡(jiǎn)單、電容性能優(yōu)異且成本低廉的碳基材料還需要進(jìn)一步的探索和發(fā)掘。論文中設(shè)計(jì)合成了具有特殊結(jié)構(gòu)的介孔碳材料以及石墨烯基復(fù)合材料，并通過(guò)各種表征測(cè)試手段研究其電化學(xué)性能。具體研究如下：
　　本文首先以纖維狀介孔二氧化硅球?yàn)橛材０?，酚醛?shù)脂前驅(qū)體為碳源，通過(guò)硬模板法合成了形貌均一的纖維狀中空介孔碳球（FHMCSs）。所合成的特殊形貌介孔碳材料具有較高的

3、比表面積（1121 m2 g–1）和較大的孔體積（1.3 cm3 g–1）。這種高的表面積-孔體積比，使得FHMCSs在作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)具有更高的比電容和優(yōu)異的倍率性能。電化學(xué)測(cè)試表明，F(xiàn)HMCSs電極材料在電流密度為1 A g–1時(shí)，具有高達(dá)359.2 F g–1的比電容。在循環(huán)5000次后，依然有92％的保持率，顯示了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。FHMCSs特有的纖維殼體和中空介孔結(jié)構(gòu)，在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中有利于離子和電子的傳輸，從而產(chǎn)

4、生了優(yōu)良的電化學(xué)性能。因此，纖維狀中空介孔碳球材料在超級(jí)電容器和其他能量存儲(chǔ)領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。
　　通過(guò)溶劑熱法，在石墨烯中復(fù)合鈷納米粒子，成功合成Co/rGO復(fù)合物。這是第一次由步驟簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的溶劑熱方法來(lái)合成Co/rGO復(fù)合物。通過(guò)界面作用，Co納米顆粒原位還原在石墨烯片層上，形成復(fù)合物。復(fù)合物的微觀結(jié)構(gòu)和成分組成由 XRD、拉曼光譜、XPS、SEM、TEM以及BET等方法來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的表征分析。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試分析，Co