炭气凝胶是一种新型多孔炭材料,具有低密度、连续孔结构、高比表面积和高导电性等优点。由于炭气凝胶独特的微观结构(由碳纳米颗粒及纳米孔组成),可被用于超级电容器的电极,先进催化剂的载体,色谱仪的填料,吸附剂等。本论文采用添加致孔剂、负载金属、成球等手段制备新型改性炭气凝胶,研究致孔剂、金属等对炭气凝胶的结构性能及电化学性能的影响。具体包括以下四个方面:1、以间苯二酚、甲醛为原料,可溶性淀粉为致孔剂,经过溶胶-凝胶、溶剂置换、超临界干燥和在1000℃惰性气氛下热解,最终形成淀粉改性的炭气凝胶。讨论了不同含量淀粉的加入对炭气凝胶的结构和电化学性能的影响。结果表明:在炭化过程中,淀粉被裂解掉:淀粉改性对比表面积的提高有限,比表面积从403m~2/g增加到468 m~2/g:在一定范围内(＜6%),可溶性淀粉的加入对原炭气凝胶的孔径分布基本没有影响,且提高了样品的比电容,比电容最高可达到151.7F/g。2、以间苯二酚、甲醛为原料,添加适量的十二烷基苯磺酸钠,再加入不同浓度的乙酸镍溶液,在85℃水浴中聚合;经溶胶-凝胶、溶剂置换、常压干燥和1000℃氮气气氛下热解,得到负载不同含量金属Ni的炭气凝胶。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、比表面积及孔径分析(BET)、直流充放电测试和循环伏安曲线等手段,对比讨论了负载不同含量金属Ni对炭气凝胶的结构和性能的影响。结果表明,这种方法可以均匀地将Ni纳米粒子分散于炭气凝胶中;适量的金属Ni可使炭气凝胶的比表面积及充放电性能得到显著提高;如负载Ni含量过高则炭气凝胶石墨化程度增加。3、以间苯二酚、甲醛为反应单体,加入铜氨溶液,在不同体系中经过反相悬浮聚合,形成球状有机凝胶,再经过溶剂置换、超临界干燥和氮气气氛保护下热解,制得负载金属铜的球状炭气凝胶。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、比表面积及孔径分析(BET)等手段,研究了纳米铜粒子在炭气凝胶中的分布及其结构性能情况。结果表明:利用铜氨法制备的球状炭气凝胶,其中的纳米铜粒子分布均匀,且球状炭气凝胶粒径分布均匀,机械强度较高;对比表面积有一定提高,可达460m~2/g。4、以苯酚、间苯二酚和甲醛为原料,加入催化剂,在75℃水浴下以食用油和司班80为反应介质,经过反相悬浮聚合,形成球状有机凝胶;再经过不同浓度的金属盐溶液(硝酸铜、硝酸锰和钛酸丁酯)浸泡,丙酮置换,超临界干燥,炭化等工艺,制成负载金属的球状炭气凝胶。经过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、比表面积及孔径分析(BET)和充放电测试等手段,研究了金属的加入对原球状炭气凝胶的影响。结果表明:金属的引入,使原有球状炭气凝胶的比表面积有所下降,且金属含量越高,下降越多;同时金属含量增加,使炭气凝胶的孔径有向微中孔发展的趋势。浸渍法负载金属,最大程度地保持了原球状炭气凝胶的的强度,以及对球形度和外观形貌无明显影响。铜粒子多镶嵌在球体表面,在负载锰的球状炭气凝胶内部有分散均匀的锰粒子,大部分呈非结晶状态。金属的负载总体上使得这几种炭气凝胶的比电容下降,但对于电化学性能的稳定性及良好的充放电循环性方面,没有明显的影响。