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基于介孔碳的ORR催化剂和锂离子电池负极材料的制备

闫春运  
【摘要】:有序介孔碳(ordered mesoporous carbon)由于其具有高的比表面积,良好的导电性,高的化学稳定性,有序的孔径分布,特殊的空间限域效应和良好的催化活性,在燃料电池,锌空电池,锂离子电池等电化学领域中显示出巨大的应用前景。与此同时,有序介孔碳的有序介孔孔道结构及高的比表面积提供了一种理想的新兴催化剂载体,人们还利用其空间限域效应,用于控制纳米颗粒生长,防止纳米颗粒聚集,是一种制备分散性良好的纳米粒子的有效途径,并还常被作为高催化活性的纳米反应场所。于是,借助有序介孔碳的优良的导电性和高的比表面积等优异的电化学性能,结合高分散纳米颗粒的均匀的空间分布,使催化剂材料的利用率大大提高,大大提升了复合材料的整体性能,在催化和电分析领域拥有极大的发展前景。本论文中,我们较系统的研究了有序介孔碳基功能材料的制备、催化以及电化学性能。具体研究内容如下:(1)首先,利用传统的方法合成有序介孔分子筛SBA-15,再以SBA-15作为硬模板,通过初湿浸渍法,把溶解的聚丙烯腈(PAN)浸渍到介孔二氧化硅模板中,再经过高温碳化和洗去模板的过程后就得到了用聚丙烯腈(PAN)为前驱体得到的介孔碳CMK-3(P-CMK-3),作为对比,用蔗糖(Sucrose)作为前驱体制备了有序介孔碳(S-CMK-3)。P-CMK-3相比S-CMK-3在用作燃料电池阴极催化剂材料得到了更优异的性能。(2)先合成硬模板SBA-15,再用初湿浸渍法并在一定温度下使糠醇(FA)在硬模板SBA-15中聚合然后高温碳化得到CMK-5@SBA-15,再将金属盐浇铸到介孔孔道中,在一定温度下处理,洗去模板得到了“豌豆荚”结构的CoFe2O4@CMK-5.其电化学性能在作为锂离子电池负极材料的测试中得到了良好的体现。


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