以木质素为碳源介孔碳及其复合材料制备和电化学中的应用

摘要

多孔碳材料具有来源丰富、化学和热性能稳定、易于加工等优点，在超级电容器电极、固体氢存储等领域具有广泛的应用前景。介孔碳(MPCs)是多孔碳中被研究较多的品种，已被广泛用作催化剂载体及吸附剂。最近，又被拓展应用于电容器和储氢材料。
　　木质素是植物中一种重要的支撑物质，其储存量仅次于纤维素，具有环境友好、可再生等优点。本文选用木质素为碳源，研究了介孔碳的制备、结构及其在电化学中应用。研究表明，将金属氧化物负载于介孔碳表面，可显著提高介孔碳的电子传导率和倍率性能。主要内容及结果如下:(1)介孔碳材料。本文以木质素磺酸盐作为碳源，低分子量多聚甲醛/戊二醛为交联剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂，通过水热法合成的棕色固体为碳前体。KOH/ZnCl2为扩孔剂对碳前体扩孔，最后在管式炉中煅烧制备得到了介孔碳材料。所得介孔碳材料具有较高比表面积，孔容大、孔径分布窄，并且介孔碳的碳壁已被大量石墨化，因此可作为电池的理想电极材料。组装电池后的恒流充放电测试表明介孔碳电极具有较高的比电容，且其1000次循环伏安测试结果也呈现了高的循环稳定性。这是由于介孔结构不会限制离子传输，使其具有优良的大电流充放电性能。(2) MPCs/NiO复合材料。以Ni(NO3)2·6H2O为Ni源，将上述介孔碳材料作为载体，在碱性条件下回流冷凝，使Ni+能够大量负载在介孔碳材料表面，再于管式炉中煅烧，形成以多孔碳为骨架、NiO纳米粒子良好分散的MPCs/NiO复合材料。由于NiO填充碳孔，使介孔碳的孔容及比表面积均有不同程度下降。将MPCs/NiO复合材料组装成电池，对其恒流充放电测试表明其具有较好的比电容，1000次循环伏安测试显示具有优良的循环稳定性。其原因是由于NiO的赝电容及介孔碳材料的骨架结构，提高了MPCs/NiO复合材料的电化学稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 引言

1．2 介孔碳材料

1．2．1 无序介孔碳

1．2．2 以介孔硅为模板合成的统一介孔尺寸的碳

1．3 木质素

1．3．1 木质素简介

1．3．2 木质素的分子结构

1．3．3 木质素活性炭的制备研究

1．4 介孔碳材料在电化学中的应用

1．4．1 锂电池正极

1．4．2 超级电容器中的应用

1．5 研究意义和研究内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 研究方法

1．5．4 特色和创新之处

第2章 介孔碳的制备与电化学性能表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料

2．2．2 实验仪器及设备

2．2．3 介孔碳的合成方法

2．2．4 介孔碳的合成机理

2．3 材料的表征

2．3．1 扫描电镜(SEM)

2．3．2 高分辨率透射电镜(HRTEM)

2．3．3 氮气吸附测试(BET)

2．3．4 激光拉曼光谱仪(RAM)

2．3．5 X射线光电子能谱分析(XPS)

2．3．6 材料的电化学性能表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜(SEM)测试

2．4．2 氮气吸附测试(BET)

2．4．3 拉曼分析

2．4．4 XPS分析

2．4．5 电化学性能表征

2．5 本章小结

第3章 介孔碳(MPCs)／NiO复合材料的制备及电化学性能表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料

3．2．2 实验仪器及设备

3．2．3 MPCs／NiO复合材料的制备方法

3．2．4 MPCs／NiO复合材料的合成机理

3．3 材料的测试及表征

3．3．1 X射线衍射分析(XRD)

3．3．2 扫描电镜(SEM)

3．3．3 高分辨率透射电镜(HRTEM)

3．3．4 氮气吸附测试(BET)

3．3．5 热重(TG)测试

3．3．6 材料的电化学性能表征

3．4 结果与讨论

3．4．1 X射线衍射分析(XRO)

3．4．2 高分辨透射电镜(HRTEM)

3．4．3 氮气吸附测试(BET)

3．4．4 热重(TG)测试

3．4．5 材料的电化学性能测试

3．5 本章小结

第4章 结论、创新点和展望

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

个人简历、在读期间发表的学术论文

致谢