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共轭微孔聚合物(CMPs)因具有高比表面积、丰富的孔径和化学结构可调控可修饰等优势,被广泛应用于气体吸附、超级电容器以及相变储热等领域。本文制备了新型螺二芴/苯胺共轭微孔聚合物及其多壁碳纳米管复合物和热解衍生多孔碳材料,并对其物理化学结构进行了表征,探索它们在电化学储能、热量存储等方面的性能及应用。研究内容包括以下三个部分。
(1)针对共轭微孔聚合物传统C-C偶联方法很难在聚合物主链上引入功能基团的问题,论文提出通过Buchwald-Hartwig偶联反应优化反应溶剂制备了新型亚胺基功能化螺二芴/苯胺共轭微孔聚合物(SACMP),通过FT-IR、13C NMR、XRD确认了其化学结构。研究表明,甲苯、四氢呋喃、甲苯:四氢呋喃(1:1)溶剂下制备的SACMPs比表面积分别可达341m2/g、660m2/g、479m2/g。SACMPs对二氧化碳显示出良好的吸附性能,在273K条件下,最高吸附量达105.4mg/g。此外,将SACMPs组装成超级电容器表现出良好的电化学储能性质,在电流密度为0.5A/g时,最高比电容可达235.6F/g。
(2)针对SACMPs的电化学储能循环稳定性不高的问题,论文提出利用MWCNT良好的导电性及物理化学稳定性,制备螺二芴/苯胺共轭微孔聚合物@多壁碳纳米管复合材料(MWCNT@SACMPs)。探讨了不同MWCNT含量下(5wt%、8wt%、10wt%、15wt%)对SACMP的比表面积、比电容及循环稳定性能的影响。研究表明,10wt%MWCNT@SACMPs的比表面积达到514m2/g,组装成超级电容器后其储能性质比SACMP大大提升,在电流密度为0.5A/g时,比电容可达334F/g,循环6000次后,电容保持率提高了约40%。
(3)为解决相变材料在储热过程中存在的泄露问题。论文提出以SiO2为模板,将SACMPs作为碳源,通过优化模板大小、模板含量、聚合条件以及碳化工艺,制备了一系列不同孔尺寸和壁厚的多孔碳球(HCSPs)。HCSPs具有丰富的孔径结构有利于支撑相变材料,良好的导热率有利于热能输运。通过负载典型相变材料十八烷醇(ODA)后发现,HCSPs最高可负载80wt%的ODA。通过差示量热扫描分析发现,复合相变材料(ODA@HCSPs)的潜热高达184.4J/g,同时还具有优异的封装稳定性,加热循环50次后依然保持91%的潜热储能性能。
(1)针对共轭微孔聚合物传统C-C偶联方法很难在聚合物主链上引入功能基团的问题,论文提出通过Buchwald-Hartwig偶联反应优化反应溶剂制备了新型亚胺基功能化螺二芴/苯胺共轭微孔聚合物(SACMP),通过FT-IR、13C NMR、XRD确认了其化学结构。研究表明,甲苯、四氢呋喃、甲苯:四氢呋喃(1:1)溶剂下制备的SACMPs比表面积分别可达341m2/g、660m2/g、479m2/g。SACMPs对二氧化碳显示出良好的吸附性能,在273K条件下,最高吸附量达105.4mg/g。此外,将SACMPs组装成超级电容器表现出良好的电化学储能性质,在电流密度为0.5A/g时,最高比电容可达235.6F/g。
(2)针对SACMPs的电化学储能循环稳定性不高的问题,论文提出利用MWCNT良好的导电性及物理化学稳定性,制备螺二芴/苯胺共轭微孔聚合物@多壁碳纳米管复合材料(MWCNT@SACMPs)。探讨了不同MWCNT含量下(5wt%、8wt%、10wt%、15wt%)对SACMP的比表面积、比电容及循环稳定性能的影响。研究表明,10wt%MWCNT@SACMPs的比表面积达到514m2/g,组装成超级电容器后其储能性质比SACMP大大提升,在电流密度为0.5A/g时,比电容可达334F/g,循环6000次后,电容保持率提高了约40%。
(3)为解决相变材料在储热过程中存在的泄露问题。论文提出以SiO2为模板,将SACMPs作为碳源,通过优化模板大小、模板含量、聚合条件以及碳化工艺,制备了一系列不同孔尺寸和壁厚的多孔碳球(HCSPs)。HCSPs具有丰富的孔径结构有利于支撑相变材料,良好的导热率有利于热能输运。通过负载典型相变材料十八烷醇(ODA)后发现,HCSPs最高可负载80wt%的ODA。通过差示量热扫描分析发现,复合相变材料(ODA@HCSPs)的潜热高达184.4J/g,同时还具有优异的封装稳定性,加热循环50次后依然保持91%的潜热储能性能。