本文關(guān)鍵詞：膠原蛋白基摻氮多孔炭材料的制備與表征

  更多相關(guān)文章： 蛋白質(zhì) 多孔碳 氮摻雜 氣體吸附 超級(jí)電容器

【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,科技的進(jìn)步,人們對(duì)能源的需求越來越大。由于傳統(tǒng)的化石能源日益枯竭,并且在使用過程中也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,因此,尋求一個(gè)可再生的清潔能源作為替代品的任務(wù)迫在眉睫。多孔碳材料,具有高的比表面積和大的孔容,能夠有效的捕獲二氧化碳,并且在氫氣的存儲(chǔ)方面也有自身獨(dú)到的貢獻(xiàn)。超級(jí)電容器在能量的轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)的諸多方面都有良好的表現(xiàn),是目前電化學(xué)研究的熱點(diǎn)。多孔碳作為最早使用在超級(jí)電容器電極上的材料,它發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、豐富的表面官能團(tuán)都是良好電性能的基礎(chǔ)。本文采用天然動(dòng)物質(zhì)一豬皮為原料,將其的主要成分蛋白質(zhì)提取出來,蛋白質(zhì)中含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸,因此它既可以做碳源也可以做氮源。利用沉淀法將活化劑碳酸鈣或草酸鈣以及硝酸鉀與蛋白質(zhì)混合,或者用二氧化硅微球做模板經(jīng)一步碳化得到多孔碳材料。研究了碳化溫度和模板用量對(duì)材料的電化學(xué)性能和吸附性能的影響。主要工作如下所述：(1) 以蛋白質(zhì)為碳源和氮源,液相沉淀法混合進(jìn)去碳酸鈣和硝酸鉀,在不同的溫度下直接碳化得到試樣,研究碳化溫度對(duì)樣品性能的影響。隨著碳化溫度的升高,樣品比表面積增加(1165m2·g-1-2799 m2·g-1),介孔大量增加,超微孔含量減少,氫吸附量增加(2.04wt%-2.44wt%),二氧化碳吸附量減少(5.3mmol·g-1-4.0mmol·g-1)。樣品的含氮量則是隨著溫度升高而降低(10.4wt%-1.59wt%),在電化學(xué)測試中,小電流密度下,比電容也隨碳化溫度增大而減小,從292F·g-1到218 F·g-1。(2) 以蛋白質(zhì)為碳源和氮源,液相沉淀法混合進(jìn)去草酸鈣和硝酸鉀,在不同的溫度下一步碳化得到試樣。由于草酸鈣在400℃時(shí)會(huì)分解釋放出一氧化碳,將材料沖的更加疏松,因此得到了密度更小的多孔碳。同樣隨著碳化溫度的升高,樣品的比表面積發(fā)生了明顯增加(1661m2·g-1-2432 m2·g-1),氮含量最高可達(dá)11.4wt%,其在0℃下吸附二氧化碳的量有4.7mmol·g-1,而最高的氫吸附量也有2.29wt%。比電容達(dá)252F·g-1,并且擁有良好的倍率性能。(3) 以蛋白質(zhì)為原料,二氧化硅微球做模板,得到了具有蜂窩狀形貌的多孔碳材料,通過更改硅球用量制備具有特殊孔道結(jié)構(gòu)的多孔碳。當(dāng)硅球用量與明膠用量比為10：1的時(shí)候,得到的碳樣品基本都是蜂窩狀形式存在。最高比表面積約119 m2·g-1,最大孔容為0.58cm3·g-1,樣品中主要存在的孔是大孔,這是造成比表面積和孔容不高的原因。比電容最高達(dá)到160 F·g-1,具有不錯(cuò)的倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：蛋白質(zhì) 多孔碳 氮摻雜 氣體吸附 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 生物質(zhì)炭概述16
• 1.2 多孔碳的制備方法16-18
• 1.2.1 模板法17
• 1.2.2 碳化活化法17-18
• 1.3 氮原子摻雜18-20
• 1.4 多孔碳的應(yīng)用20-23
• 1.4.1 超級(jí)電容器20-21
• 1.4.2 CO_2吸附21-22
• 1.4.3 H_2吸附22-23
• 1.4.4 催化應(yīng)用23
• 1.5 立題依據(jù)與研究背景23-25
• 1.5.1 立題意義與背景23-24
• 1.5.2 研究內(nèi)容與創(chuàng)新24-25
• 參考文獻(xiàn)25-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分32-36
• 2.1 主要試劑和原料32
• 2.2 樣品的制備方法及步驟32-33
• 2.2.1 蛋白質(zhì)與碳酸鈣或草酸鈣混合前驅(qū)體的制備32
• 2.2.2 蛋白質(zhì)與二氧化硅微球混合前驅(qū)體的制備32-33
• 2.3 研究方法33-36
• 2.3.1 熱重分析33
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡33
• 2.3.3 高分辨率透射電子顯微鏡33
• 2.3.4 X射線衍射分析33
• 2.3.5 拉曼光譜分析33-34
• 2.3.6 X射線光電子能譜分析34
• 2.3.7 元素分析34
• 2.3.8 吸附分析34
• 2.3.9 電化學(xué)性能測試34-36
• 第三章 碳酸鈣與硝酸鉀活化蛋白質(zhì)基活性炭的制備與表征36-56
• 3.1 前驅(qū)體的熱解及物相分析36-39
• 3.1.1 XRD分析36-37
• 3.1.2 Laman光譜分析37-38
• 3.1.3 TG/DTG分析38-39
• 3.2 SEM和HRTEM形貌分析39-41
• 3.3 元素分析41-42
• 3.4 吸附分析42-49
• 3.4.1 N_2吸附與孔結(jié)構(gòu)分析42-44
• 3.4.2 CO_2吸附分析44-46
• 3.4.3 H_2吸附分析46-49
• 3.5 電化學(xué)分析49-53
• 3.5.1 恒電流充放電49-50
• 3.5.2 循環(huán)伏安曲線50-52
• 3.5.3 交流阻抗與比電容52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 參考文獻(xiàn)54-56
• 第四章 草酸鈣與硝酸鉀活化蛋白質(zhì)基活性炭的制備與表征56-76
• 4.1 前驅(qū)體的熱解及物相分析56-59
• 4.1.1 XRD分析56-57
• 4.1.2 Laman光譜分析57-58
• 4.1.3 TG/DTG分析58-59
• 4.2 SEM形貌分析59-60
• 4.3 元素分析60-62
• 4.4 吸附分析62-69
• 4.4.1 N_2吸附與孔結(jié)構(gòu)分析62-64
• 4.4.2 CO_2吸附分析64-66
• 4.4.3 H_2吸附分析66-69
• 4.5 電化學(xué)分析69-73
• 4.5.1 恒流充放電曲線69-71
• 4.5.2 循環(huán)伏安曲線71-72
• 4.5.3 交流阻抗與比電容72-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 第五章 硅球模板蛋白質(zhì)多孔碳的制備與表征76-84
• 5.1 掃描電鏡照片76-78
• 5.1.1 硅球模板SEM照片76
• 5.1.2 模板法制備的碳的SEM照片76-78
• 5.2 元素分析78
• 5.3 吸附分析78-80
• 5.4 電化學(xué)分析80-83
• 5.4.1 恒流充放電80-81
• 5.4.2 循環(huán)伏安曲線81
• 5.4.3 交流阻抗與比電容81-83
• 5.5 本章小結(jié)83
• 參考文獻(xiàn)83-84
• 第六章 結(jié)論84-86
• 致謝86-88
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-90
• 作者及導(dǎo)師簡介90-91
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書91-92

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