有机前驱体转化碳材料表面石墨烯化及其性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liouyun
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
作为储能器件的超级电容器研究和废水吸附处理对于绿色可持续发展有着重要的意义,这两者都对材料的比表面积和孔隙分布有着较高的要求。由有机前驱体得到的活性炭材料具有大的比表面积,但孔隙结构较为单一,且需经过碳化和活化的制备工艺,较为繁琐。而石墨烯的边缘活性强,作为吸附位点能有效增加材料的吸附性能,但石墨烯材料分散性不好,导致边缘结构缺失且比表面积远低于理论值。针对上述存在的问题,本课题探索了一种在碳化过程中对有机前驱体材料进行表面石墨烯化处理工艺,获得表面具有垂直石墨烯结构、比表面积大且孔径分布广的碳材料。表面石墨烯化工艺的探索包括前驱体的种类、碳化气氛、碳化温度和碳化时间等。对比在氨气中刻蚀碳化椰子壳、三聚氰胺泡沫和聚丙烯腈(PAN)泡沫,发现PAN泡沫碳材料表面有较多的石墨烯微结构,且材料的比表面积最大。在氩气中碳化PAN泡沫,获得的碳材料则表面平整。在不同碳化温度(800-1200℃)和保温时间(30-240 min)下,随温度的升高和保温时间的延长,碳材料的表面垂直石墨烯结构先增多后减少。1100℃,120 min的碳化参数下,表面上垂直定向石墨烯片较多,但继续提高温度或者延长保温时间则对材料过度刻蚀,石墨烯结构被破坏。该参数下获得的表面石墨烯化PAN泡沫碳材料的比表面积为1944.7 m~2/g,孔容为1.3 cm3/g,在0.6、1.7和3.5 nm左右有较宽的孔径分布。以PAN泡沫碳材料作为电极材料,研究材料表面石墨烯结构和孔径分布对双电层电容性能的影响。在6 mol/L氢氧化钾(KOH)电解液、有机电解液四氟硼酸四乙基铵(TEABF4)、离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EMIMBF4)和三甲基丙基铵双三氟甲磺酰亚铵盐(TMPTFSI)中,随着电解液离子半径增大,材料与电解液之间的转移电阻增大,比电容差异较大。1100℃,120 min处理的PAN泡沫碳材料在TMPTFSI中,电压窗口可达4.0 V,比电容为123.5 F/g,能量密度68.6 Wh/kg,优于大部分碳基超级电容器的性能。以该参数获得的表面石墨烯化PAN泡沫碳材料为吸附剂,对机械真空泵油和正己烷等油和有机溶剂吸附能力可达自身重量6-8倍,对亚甲基蓝染料最大吸附量为961.3 mg/g,对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的最大吸附量为578.1、319.5和127.9 mg/g。
其他文献
本文主要研究了由乘法差分噪音逼近的Kuramoto-Sivashinsky方程的随机动力系统.我们将证明在大粘性条件下,带有差分噪音和白噪音的随机Kuramoto-Sivashinsky方程产生的随机吸
城市热岛(Urban Heat Island effect,简称UHI)是指城市气温明显高于周围郊区的现象。随着全球经济的发展,大规模的城市化使城市下垫面的性质和结构发生改变,城市人口的快速膨胀和工业化发展加剧了热排放,城市热量平衡受到影响,从而形成城市热岛。城市热岛效应还会对区域气候造成影响,是城市可持续发展所面临的一个重要环境问题。本文利用MODIS地表温度数据、NDVI数据,结合DMSP/O
近年来,我国经济增长速度放缓,经济发展步入新常态。新常态下,结构性矛盾以及由此造成的经济可持续发展动力潜力不足是亟需解决的问题,实施供给侧结构性改革,调整和优化经济
当今世界市场经济发展繁荣,对各个企业的管理水平也提出了更多要求,要求中国企业重视管理,增强核心竞争力,以保障企业的生存与发展。作为现代企业的重要组成部分,建立科学的
由于化石能源的不可再生性、能源需求和气候变化的紧迫性,人们对我们能源未来安全和社会的可持续发展显示出了高度重视。氢气能源因其高的能量密度和发热值被誉为人类的“终
盐碱胁迫是全世界普遍存在的一种非生物胁迫,盐碱化土壤中的植物生长和生理功能会受到这种环境因素的影响,这是导致农作物减产的主要环境因素之一。而当前世界范围内日益减少
农药作为农业生产的推动者,其在农作物生产中的使用量不断增长,特别是人类耐以生存的粮食产物谷物、豆类和薯类,在它们的种植过程中农药的使用量一直居高不下。水稻是典型的
当前,我国金融开放步入新阶段,金融要素跨境流动更加自由和快捷,其中跨境资本流动的规模和频率不断上升,对宏观经济和金融体系的影响愈加深刻。目前,银行部门依然占据着我国
银屑病是一种由多种免疫细胞介导及多种细胞因子参与的慢性炎症性皮肤病,中医称之为“白疕”,皮损以红斑鳞屑为主要特点。本病病程长、顽固难愈、复发率高,而且暴露部位亦有
电化学发光(ECL)技术是一种分析技术,它不仅被应用于化学分析,而且被广泛应用于生物监测和传感技术领域。ECL技术具有操作简单、灵敏度高、分析速度快等优点。半导体纳米复合