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多孔碳材料的制备及其性能研究

张磊  
【摘要】:多孔碳材料具有可调控的孔径分布、高比表面积、大孔体积、良好的导电性和导热性等特点,广泛应用于气体分离、水的净化、催化剂载体、双电层电容器、燃料电池、锂离子电池、吸附剂和气体储存等领域。 目前多孔碳材料的合成方法有卤素侵蚀法、高温热分解法、超临界流体侵蚀法、模板法等。这些方法往往存在工艺复杂,对设备要求高,反应温度高,或制备的产品纯度偏低等问题,严重阻碍了多孔碳材料的广泛应用。 本论文旨在研究一种新的制备多孔碳材料的方法,统筹解决目前合成方法存在的问题。课题中主要采用熔盐电解的方法,研究了电解时间、电解温度以及电解电压等参数对制备的多孔碳的结构和电化学性能的影响。最后还尝试使用无机盐作为模板来制备多孔碳材料,并对其进行性能研究。采用X射线衍射、透射电子显微镜、低温氮吸附、拉曼光谱、恒电流充放电等测试方法对产物进行了表征。 通过实验得出熔盐电解碳化钛和碳化硅制备多孔碳的反应条件为电解电压3.1V、电解时间48h、电解温度分别为850℃和950℃。X射线衍射分析电解产物为碳材料,结合透射电子显微镜和拉曼光谱图可知该碳材料由无定型碳和石墨化碳组成,且随着温度的升高,石墨化程度加强。低温氮吸附测试表明多孔碳主要为孔径2nm左右的微孔,最大比表面积1137.74m2/g。恒流充放电测试表明在300mA/g电流密度下,950℃电解温度制备的多孔碳具有最大的放电比容量为161.29F/g。与熔盐电解法相比,无机盐模板法后处理方便,实验周期短,方法简便,产率较高,成本低,更适用于工业化生产。


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