目前,過渡金屬及其氧化物、氫氧化物負載的碳材料已廣泛應用于電化學領域。鑒于石墨烯、碳納米管等碳材料的制備過程復雜且條件苛刻、成本高、環(huán)境污染大等問題,以生物質為碳源制備碳材料的研究逐漸受到重視。因此本工作以來源豐富,無污染,且廉價易得的生物質材料殼聚糖和金屬鹽為原料來制備多孔碳材料負載金屬及其氧化物、氫氧化物的復合材料,并考察其形貌、結構、形成過程和電化學性能（包括HER、超級電容器和OER）。主要內容與結論如下:（1）以殼聚糖作為碳源,利用尿素作為軟模板劑和支撐骨架,形成特殊的碳束結構,以聚醚F127為表面活性劑,利用其形成的膠束,實現(xiàn)鈷離子的均勻分散,經高溫熱解得到石墨化程度較高的多孔摻氮碳材料和均勻負載的單質鈷復合材料（Co@NPC）,然后在空氣中低溫氧化,利用柯肯達爾效應,得到多孔碳負載的空心四氧化三鈷復合材料（Co₃O₄@NPC）。對所制備的材料進行表征并考察其HER及電容性能。結果表明:最優(yōu)條件（醋酸鈷與F127的質量比為1:4,殼聚糖與尿素的質量比為1:6）下制備的Co@NPC,鈷顆粒被碳層包裹并均勻分布在基底碳材料上;在堿性介... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

AAO氫鍵自組裝法制備納米孔碳納米管的流程圖

華南理工大學碩士學位論文纖維素與 KOH 和尿素混合均勻并在 80oC 下烘干，在此過程中，KOH 和尿素會重結晶形成片層結構，而纖維素則包覆在該片層結構上（圖 1-11）。然后將該混合物在高溫下進行熱解活化，纖維素發(fā)生聚合和熱解反應，尿素發(fā)生分解并與碳和 KOH 反應，同時KOH 與碳發(fā)生如下反應（式 1-1），并隨后伴隨 K2CO3的分解以及 K/K2CO3/CO2和碳的反應，最終形成高表面積的多孔碳納米片。該材料在 CO2吸附中表現(xiàn)出良好的性能。6KOH + 2C → 2K + 3H2+ 2K2CO3（式 1-1）

又稱之為電化學電容器[68]，是目前一種新型的儲能設備。根據超的電荷儲存原理，可將其分為雙電層電容器[69, 70]和贗電容電容器[71]。雙電層電容器的電能以主要靜電的方式進行儲存，它利用電極材料的高比表面電解液和電極表面形成穩(wěn)定的雙電層。雙電層的概念率先由德國科學家 Helm，在 Gouy、Stern 等人的拓展和補充完善后逐漸形成了如今較為成熟的雙電層如圖 1-12 所示，雙電層電容器在進行充電過程的中，電子受到外加電場的作負極上，溶液中的陽離子受到電子的吸引向陰極移動，陰離子向缺電子的正極負極極板和電解液界面上形成相反的電荷層，這個電荷層叫做雙電層。在放電兩極電位差作用下，兩極上的電荷由外電路釋放，形成電流，電解液恢復電中放電過程。因此雙電層電容器整個工作過程始終為物理過程，因此性能穩(wěn)定，較長。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]層狀雙金屬氫氧化物/石墨烯復合材料及其在電化學能量存儲與轉換中的應用[J]. 王海燕,石高全.  物理化學學報. 2018(01)
[2]多孔生物質碳材料的制備及應用研究進展[J]. 王曉丹,馬洪芳,劉志寶,陳張豪,劉鑫鑫.  功能材料. 2017(07)
[3]氧還原和析氧反應的雙功能電催化劑——氮磷共摻碳負載四氧化三鈷（英文）[J]. 黃穎彬,張敏,柳鵬,程發(fā)良,王立世.  催化學報. 2016(08)
[4]摻氮介孔炭作為雙功能材料用于氧還原與超級電容器(英文)[J]. 梁群英,蘇紅,閆晶,梁俊杰,曹水良,袁定勝.  催化學報. 2014(07)
[5]拉曼光譜在石墨烯結構表征中的應用[J]. 吳娟霞,徐華,張錦.  化學學報. 2014(03)

博士論文
[1]金屬氧化物/碳微球復合材料超級電容特性研究[D]. 汪形艷.湘潭大學 2011

碩士論文
[1]基于生物質炭的電化學析氫復合催化劑開發(fā)[D]. 徐凡.浙江大學 2017



本文編號：2917892