一步熱裂解制備碳基納米復(fù)合材料及在吸波和電化學(xué)的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2021-10-09 02:11
碳納米管、石墨因具有高導(dǎo)電、高強(qiáng)度、高彈性、高長(zhǎng)徑比、大比表面積和高吸收等等特性而被人廣泛熟知。含有碳納米管或石墨的碳基納米復(fù)合材料若引入鐵化物(Fe3O4/Fe3C),可使其同時(shí)兼有碳納米材料和金屬化物的優(yōu)點(diǎn)。本文以本實(shí)驗(yàn)室之前已合成的二茂鐵基聚合物(PDPFDE)為原料,通過(guò)一步熱裂解PDPFDE制備得到一種新型碳基納米復(fù)合材料。探究裂解溫度和裂解時(shí)間對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響,同時(shí)探究碳基納米復(fù)合材料在吸波、超級(jí)電容器的應(yīng)用,其詳細(xì)的研究如下:1)本文采用一步裂解PDPFDE制備了碳基納米復(fù)合材料,探討了不同裂解溫度(550°C-2h,650°C-2h和750°C-2h)、不同裂解時(shí)間(650oC-1h、650°C-2h和650oC-3h)下其碳基納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。在所有碳基納米復(fù)合材料中,通過(guò)SEM、TEM、XRD分析可初步判斷具有最佳形貌的是650°C-2h碳基納米復(fù)合材料。650°C-2h碳基納米復(fù)合材料含有多壁碳納米管和石墨這兩個(gè)特殊的碳材料,又因碳化含有二茂鐵的聚合物引入Fe3O4<...
【文章來(lái)源】:西南科技大學(xué)四川省
【文章頁(yè)數(shù)】:72 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
材料的電磁微波吸收示意圖
西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文12要利用環(huán)保材料低成本制造超級(jí)電容器[78,79],經(jīng)常摻雜Fe、N、O等元素來(lái)增強(qiáng)碳納米管的電化學(xué)性能[26-28],或者通過(guò)設(shè)計(jì)制備同時(shí)含有不同儲(chǔ)能機(jī)制的材料來(lái)增強(qiáng)電容器儲(chǔ)能性能。1.3.2超級(jí)電容器機(jī)理和分類依據(jù)電荷存儲(chǔ)的機(jī)制,超級(jí)電容器可被分為:雙電層電容器(electricaldouble-layercapacitors,EDLCs)、法拉第贗電容(Pseudocapacitance,PCs)。我們還把EDLCs和贗電容組合而成的稱為混合超級(jí)電容器(hybridcapacitor),混合超級(jí)電容器是結(jié)合了EDLCs和贗電容器兩種不同的存儲(chǔ)機(jī)制[80,81]。眾所周知,研究某一個(gè)超級(jí)電容器整個(gè)體系時(shí),若其同時(shí)有EDLCs和贗電容兩種不同的存儲(chǔ)機(jī)制時(shí),常常是一種存儲(chǔ)機(jī)制處于主導(dǎo)地位,另一種相對(duì)較弱。關(guān)于超級(jí)電容器的電極材料,現(xiàn)今大致有三種類型:碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物[67,80,81]。1)雙電層電容器如圖1-2所示,雙層電容器設(shè)備的能量存儲(chǔ)和釋放機(jī)制是將電解質(zhì)離子吸附到電極材料的表面上來(lái)存儲(chǔ)電荷,稱為電極-電解液界面間電荷的靜電作用,其電荷儲(chǔ)存過(guò)程是非法拉第反應(yīng),整個(gè)過(guò)程是不涉及氧化還原反應(yīng)的物理電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。因此對(duì)電位變化的響應(yīng)很快而且沒(méi)有擴(kuò)散限制,由此得到了高功率。但是電荷僅限于表面,致使超級(jí)電容器的能量密度較校眾所周知,我們可通過(guò)恒電位和恒電流方法將超級(jí)電容器與電池區(qū)分開(kāi),雙電層超級(jí)電容器的特點(diǎn)是擁有經(jīng)典的矩形循環(huán)伏安圖,同時(shí)恒定電流下電位隨著時(shí)間變化是成線性變化的[71,81]。圖1-2雙電層電容器電荷存儲(chǔ)機(jī)制示意圖[67]總之,雙電層電容器擁有相對(duì)低的能量密度和相對(duì)高的功率密度的特點(diǎn),常見(jiàn)的
鮮墻鶚粞躉?颷85](NiO、RuO2、MnO2、ZnO、SnO2、Co3O4、Fe3O4等)和導(dǎo)電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)[86,87]。RuO2是常用于贗電容的金屬氧化物材料,因?yàn)镽uO2的理論電容值高(1200-2200F/g)、電勢(shì)窗大(1.4V),被一致認(rèn)為是非常良好的電極材料。但是RuO2的價(jià)格和毒性限制了它的發(fā)展,所以研究者們對(duì)其他的金屬氧化物進(jìn)行了廣泛研究[88],例如鐵氧化物(Fe2O3、Fe3O4)。此外,現(xiàn)今還出現(xiàn)一種Fe3C的物質(zhì)[89],一般是高溫碳化后隨鐵氧化物一起生成的產(chǎn)物,在超級(jí)電容器中應(yīng)用也比較廣泛。如圖1-3所示,對(duì)于法拉第贗電容材料,大致有3種不同表面反應(yīng)形式和機(jī)理,而不同的法拉第機(jī)理伴隨著不同的電化學(xué)電容特征。根據(jù)Conway的理論,贗電容法拉第機(jī)理主要分為三種類型,即欠電位沉積、氧化還原贗電容和插入贗電容[67,83]。圖1-3不同類型的贗電容電極的電荷存儲(chǔ)機(jī)制示意圖:(a)欠電位沉積,(b)氧化還原贗電容器和(c)插入贗電容[67]
本文編號(hào):3425428
【文章來(lái)源】:西南科技大學(xué)四川省
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【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
材料的電磁微波吸收示意圖
西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文12要利用環(huán)保材料低成本制造超級(jí)電容器[78,79],經(jīng)常摻雜Fe、N、O等元素來(lái)增強(qiáng)碳納米管的電化學(xué)性能[26-28],或者通過(guò)設(shè)計(jì)制備同時(shí)含有不同儲(chǔ)能機(jī)制的材料來(lái)增強(qiáng)電容器儲(chǔ)能性能。1.3.2超級(jí)電容器機(jī)理和分類依據(jù)電荷存儲(chǔ)的機(jī)制,超級(jí)電容器可被分為:雙電層電容器(electricaldouble-layercapacitors,EDLCs)、法拉第贗電容(Pseudocapacitance,PCs)。我們還把EDLCs和贗電容組合而成的稱為混合超級(jí)電容器(hybridcapacitor),混合超級(jí)電容器是結(jié)合了EDLCs和贗電容器兩種不同的存儲(chǔ)機(jī)制[80,81]。眾所周知,研究某一個(gè)超級(jí)電容器整個(gè)體系時(shí),若其同時(shí)有EDLCs和贗電容兩種不同的存儲(chǔ)機(jī)制時(shí),常常是一種存儲(chǔ)機(jī)制處于主導(dǎo)地位,另一種相對(duì)較弱。關(guān)于超級(jí)電容器的電極材料,現(xiàn)今大致有三種類型:碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物[67,80,81]。1)雙電層電容器如圖1-2所示,雙層電容器設(shè)備的能量存儲(chǔ)和釋放機(jī)制是將電解質(zhì)離子吸附到電極材料的表面上來(lái)存儲(chǔ)電荷,稱為電極-電解液界面間電荷的靜電作用,其電荷儲(chǔ)存過(guò)程是非法拉第反應(yīng),整個(gè)過(guò)程是不涉及氧化還原反應(yīng)的物理電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。因此對(duì)電位變化的響應(yīng)很快而且沒(méi)有擴(kuò)散限制,由此得到了高功率。但是電荷僅限于表面,致使超級(jí)電容器的能量密度較校眾所周知,我們可通過(guò)恒電位和恒電流方法將超級(jí)電容器與電池區(qū)分開(kāi),雙電層超級(jí)電容器的特點(diǎn)是擁有經(jīng)典的矩形循環(huán)伏安圖,同時(shí)恒定電流下電位隨著時(shí)間變化是成線性變化的[71,81]。圖1-2雙電層電容器電荷存儲(chǔ)機(jī)制示意圖[67]總之,雙電層電容器擁有相對(duì)低的能量密度和相對(duì)高的功率密度的特點(diǎn),常見(jiàn)的
鮮墻鶚粞躉?颷85](NiO、RuO2、MnO2、ZnO、SnO2、Co3O4、Fe3O4等)和導(dǎo)電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)[86,87]。RuO2是常用于贗電容的金屬氧化物材料,因?yàn)镽uO2的理論電容值高(1200-2200F/g)、電勢(shì)窗大(1.4V),被一致認(rèn)為是非常良好的電極材料。但是RuO2的價(jià)格和毒性限制了它的發(fā)展,所以研究者們對(duì)其他的金屬氧化物進(jìn)行了廣泛研究[88],例如鐵氧化物(Fe2O3、Fe3O4)。此外,現(xiàn)今還出現(xiàn)一種Fe3C的物質(zhì)[89],一般是高溫碳化后隨鐵氧化物一起生成的產(chǎn)物,在超級(jí)電容器中應(yīng)用也比較廣泛。如圖1-3所示,對(duì)于法拉第贗電容材料,大致有3種不同表面反應(yīng)形式和機(jī)理,而不同的法拉第機(jī)理伴隨著不同的電化學(xué)電容特征。根據(jù)Conway的理論,贗電容法拉第機(jī)理主要分為三種類型,即欠電位沉積、氧化還原贗電容和插入贗電容[67,83]。圖1-3不同類型的贗電容電極的電荷存儲(chǔ)機(jī)制示意圖:(a)欠電位沉積,(b)氧化還原贗電容器和(c)插入贗電容[67]
本文編號(hào):3425428
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