氮掺杂多孔碳材料的盐模板法制备及其电催化应用

摘要

多孔碳材料由于其相对分子质量小，导电性能好，具备出众的化学稳定性与热稳定性，是一种极具竞争力的材料，被广泛的应用于各种领域。本论文使用一种便捷、低值的盐模板法制备了氮掺杂多孔碳材料(NPCs)，考察了其在超级电容器、氨基酸小分子检测方面的应用。具体内容与创新包括以下几点:
　　1、以无机盐为模板，聚邻苯二胺(PoPD)为前驱体，混合后经高温碳化，并用水洗方法除去无机盐模板，得到氮掺杂多孔碳材料。通过优化无机盐致孔剂的含量，改变碳化温度获得具有不同孔隙率和氮含量的多孔碳材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼、氮气吸附脱附测试、X射线光电子能谱法等方法，研究了该多孔碳材料的物理化学性质。结果表示，当反应温度为800℃，致孔剂与前驱体的质量比为6∶1时，所得到的氮掺杂多孔碳材料是部分石墨化的并具备分级多孔结构、较大的比表面积、较高的氮掺杂量(14.86 wt％)，这些均有助于提高多孔碳材料的电催化性能。
　　2、将所得的氮掺杂多孔碳材料用作超级电容器电极材料，循环伏安以及恒电流充放电研究表明所制备的多孔碳材料具备较高的比电容（当扫速为2 mV s-1，比电容为364.93 F g-1），较高的能量密度和良好的循环稳定性。以此多孔碳材料制备的超级电容器阵列，可以轻松的点亮LED小灯泡，展示出该材料在超级电容器电极材料中的潜在应用价值。
　　3、将所得的氮掺杂多孔碳材料用β-环糊精修饰，利用β-环糊精自身的疏水空腔能够与色氨酸异构体发生包络反应，且色氨酸的构型不同，它与β-环糊精发生包络反应的程度不一样导致其在电极表面的聚集程度不同的特性，构建小分子氨基酸传感器。通过微分脉冲伏安法(DPV)可识别色氨酸同分异构体以及不同构型的色氨酸，为氨基酸的识别与检测提供了新方法。

目录

声明

摘要

1．1．1 概述

1．1．2 常见的多孔碳材料

1．1．3 多孔碳材料的制备

1．2 多孔碳材料应用于超级电容器

1．2．1 超级电容器概述

1．2．2 电极材料

1．3 多孔碳材料应用于氨基酸检测

1．3．1 氨基酸

1．3．2 环糊精

1．4 常用表征方法

1．5 本论文研究内容

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 聚邻苯二胺的合成

2．2．3 盐模板法制备氮掺杂多孔碳材料

2．2．4 氮掺杂多孔碳材料的电化学性能

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 多孔材料形貌分析

2．3．2 不同致孔剂含量对形貌的影响

2．3．3 多孔材料电化学性能分析

2．4 本章小结

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 氮掺杂多孔碳材料的合成

3．2．3 对称型超级电容器器件制备

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 多孔材料形貌分析

3．3．2 多孔材料理化性能分析

3．3．3 温度对多孔材料电化学性能的影响

3．3．4 氮掺杂多孔碳材料应用于超级电容器器件

3．4 本章小结

第四章 环糊精修饰氮掺杂多孔碳材料应用于手性氨基酸检测

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 修饰电极的制备

4．2．3 手性氨基酸检测

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 环糊精修饰多孔碳材料的电化学行为

4．3．2 环糊精修饰多孔碳材料检测手性氨基酸实验条件优化

4．3．3 色氨酸手性识别

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

作者简介

致谢