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氯化锌活化法制备多孔碳材料及其性能研究

任秀丽  
【摘要】:多孔碳材料由于具有良好的导电性、高机械稳定性以及大的比表面积和孔体积等特点,被广泛的应用于催化、吸附、传感及超级电容器等领域,通过改性,掺杂等方法可改善多孔碳材料的性能。氮掺杂可以极大的改变材料的电子和晶格结构、增强其亲水性、影响材料表面的酸碱性。本实验采用氯化锌(ZnCl2)活化法合成了一系列多孔碳材料。通过氮气吸附脱附等温线分析、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-光电子能谱(XPS)、及C02吸附等温线测试等表征方法,对多孔碳材料的孔结构和N原子的掺杂量对CO2吸附性能的影响进行了研究。论文第二章,采用阳离子交换树脂(Amberlite IRC-86)为碳源,ZnCl2为活化剂,固定阳离子交换树脂(Amberlite IRC-86)与ZnCl2配比为1:4,改变煅烧温度,制备多孔碳材料。通过实验可以得出以下结论,活化剂的加入使制备得到的碳材料产生大量的微孔,并且微孔的比表面积、微孔体积随着煅烧温度的升高而增大,C02吸附性能随着温度升高而增强。由此,说明此方法可以成功的制备出一种多孔碳材料,并且多孔碳材料的性能与比表面积及微孔体积有关。论文第三章,采用聚吡咯(Ppy)为碳源,ZnCl2为活化剂,通过改变聚吡咯(Ppy)与ZnCl2配比及煅烧温度来研究氮掺杂对制备得到的多孔碳材料产生的影响。实验结果表明,活化剂的用量、煅烧温度高低、氮掺杂量的多少均对多孔碳材料的比表面积、孔体积及C02吸附性能有较大的影响。由于多壁碳纳米管(MWCNTs)可以被有效利用的比表面积很小,不能被广泛应用,所以论文第四章,采用聚吡咯/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料为碳源,ZnCl2为活化剂,制备多孔碳材料。实验结果表明,吡咯的加入和活化剂的活化使多壁碳纳米管(MWCNTs)的比表面积、微孔体积大大增加,C02吸附性能优于氮掺杂而大大增强,这是由于CO2可以与多孔碳材料表面的氨基、亚氨基等含氮集团发生增碳反应,从而提高了多孔碳材料的C02吸附性能。纵观全文,采用不同的物质作为碳源,以ZnCl2为活化剂成功的制备了比表面积及微孔体积较大的多孔碳材料。通过改变活化剂的用量、煅烧温度及氮掺杂量来调控多孔碳材料的组成及结构,进而提高了CO2吸附性能。


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