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多孔碳材料尤其是活性炭材料由于具有比表面积大、价格低廉、化学和物理稳定性好、导电性高、电极制备简单等优点,被广泛的用作超级电容器的电极材料。然而,活性炭材料中的微孔占了很大的比重,这部分孔隙无法被电解质离子润湿形成有效双电层,从而降低了碳材料的有效比表面积,限制了碳材料比容量的提高。而有序介孔碳材料不仅具有高比表面积,而且孔径较大,孔道排列有序,有利于电解液离子的扩散,因此可以成为超级电容器的优良电极材料。本论文采用模板法制备介孔碳及其复合材料,并且深入研究了材料的结构和电容性能。主要的研究内容如下:
论文第二章,采用SBA-15为模板成功制备了孔径分布可控的有序介孔碳。调节水热处理温度,可以调节SBA-15的孔结构特征,进而进一步调节有序介孔碳的孔结构。电容性能研究表明,不同介孔碳材料的比表面积是影响比容量的主要因素,孔径大小对比容量的影响较小。
论文第三章,采用商品化的酚醛树脂为碳源前驱物,简易制备了有序介孔碳,简化工艺。通过调节酚醛树脂的浓度可以控制合成材料的孔结构特征。这种有序介孔碳材料具有比活性炭材料更优异的电容性能。
论文第四章,采用液相氧化法对有序介孔碳进行表面改性。改性后碳材料的结构随着酸处理时间的不同而变化。化学改性给介孔碳表面引入含氧官能团,产生法拉第准电容,提高了材料的比容量。
论文第五章,采用均匀沉淀法在有序介孔碳表面负载RuO2颗粒,大大提高了材料的比容量。复合材料的结构和比容量随RuO2脱水温度和含量的变化而变化。而RuO2的利用率随着RuO2含量的增大而减小。
论文第六章,采用同步复合法,在有序介孔碳材料的墙体上组装NiO纳米晶。由于NiO纳米晶没有阻塞介孔孔道,复合材料保持了高比表面积和高孔容。深入探讨了复合材料的结构随煅烧温度和NiO含量的变化。这种NiO-介孔碳复合材料的比容量与介孔碳材料相当。