金属刻蚀的介孔碳纳米纤维的电化学性质研究

摘要

双电层电容器也称作超级电容器，因其具有高功率密度、高能量密度和长使用寿命等特性在许多领域都得到了广泛的应用。为满足现代市场各种多功能的便携式电子器件的需求，发展集超薄性、高储能性、高功率、轻便性及环保性于一体的双电层电容器引起了研究者们的极大兴趣。高储能、价廉、环保的电极材料的合成是实现双电层电容器广泛应用的关键之一。
　　 直接甲醇燃料电池(DMFCs)以其燃料来源丰富、储存方便、操作安全、体积能量密度高等优点，适宜作小型电子设备、电动汽车和便携式移动电源，成为目前燃料电池研究领域的热点。然而由于甲醇在阳极的氧化过程中极化现象较严重，且产生的部分氧化中间产物易使催化剂中毒，导致其商业化进程受到了严重阻碍。目前，国内外主要围绕着提高催化剂性能开展研究。
　　 在本文中，采用一种简单的方法合成了介孔碳纳米纤维(MCFs)，并对其在双电层电容器电极和催化剂载体上的应用做了进一步研究。
　　 (1)通过采用静电纺丝技术和金属刻蚀相结合的方法制备出了带有瓶状孔径的介孔碳纳米纤维。同时，通过扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)，X-射线衍射(XRD)，光电子能谱(XPS)，比表面测试(BET)等测试技术对介孔碳纳米纤维的形成过程进行了研究。
　　 (2)通过循环伏安法(CV)，恒电流充放电(CD)和电化学阻抗法(EIS)对介孔碳纳米纤维电极进行了电容性能的研究，结果发现在扫描速度为5 mV s-1时比电容值CSC可达105 F g-1，在20 A g-1的高电流密度下，其仍能保持很好的线性和对称性，而且经过稳定性测试后其比电容值保持在99％左右，同时阻抗测试结果显示其满足快速充放电的性质。
　　 (3)以介孔碳纳米纤维为载体，NaBH4为还原剂，化学还原氯铂酸来制备铂(Pt)/介孔碳纳米纤维(MCFs)催化剂，通过研究复合电极的电化学催化氧化甲醇的性能，找到了一种可以提高催化剂催化性能的方法，为降低DMFCs的成本以及这类电极在燃料电池方面的应用提供理论和实践基础。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 多孔材料概述

1．1．1 多孔材料的定义和特性

1．1．2 多孔材料的种类及应用

1．1．3 多孔碳的种类及应用

1．2 超级电容器的分类

1．2．1 双电层电容器

1．2．2 法拉第赝电容器

1．3 双电层电容器概述

1．3．1 双电层电容器的发展和应用现状

1．3．2 双电层电容器的工作原理

1．3．3 双电层电容器的组成

1．3．4 双电层电容器的特点

1．4 燃料电池简述

1．4．1 燃料电池的发展史

1．4．2 燃料电池的基本原理

1．4．3 燃料电池的类型

1．5 直接甲醇燃料电池(DMFCs)

1．5．1 DMFCs的工作原理与结构

1．5．2 DMFCs电极的催化剂

1．5．3 催化剂的制备方法

1．6 本论文的研究内容

第二章 介孔碳纳米纤维的合成

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 仪器

2．2．3 制备介孔碳纳米纤维(MCFs)

2．3 结果与讨论

2．4 结论

第三章 介孔碳纳米纤维的电容性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 仪器

3．2．3 介孔碳纳米纤维的制备

3．2．4 介孔碳纳米纤维为电极的双电层电容器的组装

3．2．5 电容性质测试

3．3 结果与讨论

3．4 结论

第四章 介孔碳纳米纤维为载体的铂催化电极的制备及其对甲醇电催化氧化性质的研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 仪器

4．2．3 介孔碳纳米纤维的制备

4．2．4 催化剂的制备以及催化电极的构建

4．2．5 催化剂电催化氧化甲醇的测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂的表征

4．3．2 电催化氧化甲醇的性质测试

4．4 结论

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表的论文

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