共轭微孔聚合物炭化物形貌调控与电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q28100125
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共轭微孔聚合物(CMP)是一种比表面积大、多孔结构可调和化学稳定性良好的微孔有机聚合物(MOP),而且在超级电容器、催化、气体吸附和储存等方面的应用越来越广泛。与常见的多孔材料不同的是,可以通过改变构成CMP网络的单体来调节CMP的孔结构和形貌。利用1,3,5-三乙炔基苯和1,5-二溴萘作单体,在Pd(0)/Cu(I)的催化下通过Sonogashira-Hagihara交叉偶联反应合成的CMP,具有独特的管状结构和多孔结构。由于管状CMP三维相互连接的碳骨架,即使经过高温热解仍然可以良好的维持管状结构,所以由管状CMP作为前驱体,将其直接热解可以获得多孔炭纳米管(PCNT)。CMP具有众多的活性位点(C≡C),有利于键合金属离子,从而可以进一步将Mn O填充至PCNT中,获得Mn O与PCNT的复合材料(Mn O-PCNT)。通过SEM、TEM、TEM-EDX元素分布及比表面积测试,证明了Mn O纳米粒子进入至PCNT中,形成了一种良好的复合材料,进一步通过电化学性能测试,在30 C的高倍率下Mn O-PCNT的比容量为161 m Ah·g-1,在1 C倍率下循环300次比容量仍高达573 m Ah·g-1,结果表明Mn O-PCNT具有良好的倍率性能和稳定的循环性能。利用1,3,5-三乙炔基苯和双(4-溴苯基)胺在Pd(0)作催化剂下经过Sonogashira-Hagihara交叉偶联反应合成了含氮共轭微孔聚合物(NCMP)。由于NCMP的刚性结构,使其具有良好的化学和物理稳定性,将NCMP直接高温热解获得的含氮多孔炭纳米颗粒(NPCN),其粒径和形貌都没有发生改变。将NPCN用作锂离子电池负极材料,通过电化学测试,表明NPCN的比容量比较低(216.0m Ah·g-1)。通过用KOH对NPCN进行活化,经过高温热解得到活化之后的含氮多孔炭纳米颗粒(NPCN-KOH),其比表面积为1845 m2·g-1,而NPCN的比表面积为418 m2·g-1,NPCN-KOH的比表面积显著增大。NPCN-KOH在1C倍率下经过600次循环之后充电比容量为527 m Ah·g-1,具有良好的循环性能,容量保持率高达97.6%。在合成CMP的过程中反应溶剂不仅对材料的孔结构有重要影响,而且能够影响CMP的形貌,利用甲苯和1,4-二氧六环作溶剂、1,3,5-三乙炔基苯和双(4-溴苯基)胺作单体,合成了两种NCMP,通过扫描电镜和比表面积表征发现这两种材料形貌不同,而且孔结构也不同,进而影响了其电化学性能。
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