改性介孔炭的合成、表征及其在超级电容器中的应用研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kpyuy
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介孔炭,因其特殊的孔道结构和大比表面积,在吸附、分离、催化及储能等领域发挥着越来越重要的作用;在此基础上,通过引入杂原子官能团对其进行改性,可以实现对介孔炭物理、化学及电子性质的有效调变。本论文工作以树脂为炭源,在化学成炭的过程中对其进行硼、磷、硫等杂原子官能团的原位改性或掺杂;同时辅以三嵌段共聚物(F127∶PEO106PPO70PEO106)为结构导向剂,以获得孔径均一的介观结构。   论文工作首先以硼酸或磷酸为改性组分、间苯二酚-甲醛溶胶(RF溶胶)为炭源;在强酸性条件下通过液相自组装方法制得了具有六方对称结构的硼、磷单组分改性有序介孔炭。该工作系统研究了合成体系pH值、表面活性剂用量、温度、陈化时间等条件对有序结构及杂原子引入量的影响。之后,将硼、磷同时引入,获得了双组分改性的介孔炭;研究表明,硼酸和磷酸之间存在协同作用,有助于提高杂原子的引入量和维持介孔材料的有序度。另外,为提高改性组分的含量,本论文第三部分工作对炭前体进行硼的化学改性,并通过溶液蒸发诱导自组装法,得到了硼含量较高的有序介孔炭。最后,本论文采用前体中直接含有苯环硫的4,4-二硫代双酚,与间苯二酚、甲醛共同作为炭源,获得了硫掺杂的介孔炭;并通过后续的氧化处理,实现了对其表面硫物种的可控调变。   上述改性介孔炭作为电极材料应用于超级电容器储能中,表现出了优于空白介孔炭的电容性能;其原因主要包括杂原子官能团对介孔炭表面极性的改善和相应赝电容的贡献。
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