發(fā)布時(shí)間：2017-07-15 18:16

  本文關(guān)鍵詞：ZIF-8復(fù)合材料基氮摻雜多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： ZIF-8 十六烷基三甲基溴化銨 聚乙烯吡咯烷酮 電催化氧還原 電容

【摘要】：ZIF-8作為金屬有機(jī)框架化合物之一,因其具有豐富的氮原子、較高的比表面積、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),被用作制備氮摻雜多孔碳材料的模板或前驅(qū)體。氮摻雜多孔碳材料因其既具有較高的比表面積和孔體積,又含有豐富的氮原子,被廣泛應(yīng)用于電催化氧還原和超級(jí)電容器等領(lǐng)域。本論文分別采用陽(yáng)離子表面活性劑和聚合物來(lái)調(diào)控ZIF-8的生長(zhǎng),并成功制備了ZIF-8的復(fù)合物。將復(fù)合物在高溫碳化得到氮摻雜多孔碳材料,研究了這些氮摻雜多孔碳材料的電催化氧還原活性和電容性能。在水溶液中,采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)調(diào)控ZIF-8的生長(zhǎng),并制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的ZIF-8@CTAB復(fù)合物。高溫碳化ZIF-8@CTAB得到了氮摻雜多孔碳材料(命名為PC1000@C)。與高溫直接碳化純ZIF-8得到的多孔碳材料(命名為PC1000)相比,PC1000@C是具有多級(jí)微孔/介孔結(jié)構(gòu)、高比表面積和大孔體積的氮摻雜碳材料,此材料具有很好的電催化氧還原活性。通過(guò)不同電流密度的充放電曲線計(jì)算得到多孔碳材料的比電容值,PC1000@C在電流密度為0.5A g-1時(shí)具有較大的比電容值225 F g-1,并且在1000個(gè)充放電循環(huán)后電容值仍保持初始電容值的92%。設(shè)計(jì)并合成了ZIF-8與聚乙烯吡咯烷酮的復(fù)合物ZIF-8@PVP,將復(fù)合物在不同溫度下高溫碳化得到氮摻雜的多孔碳材料CPT(T=800、900、1000),并對(duì)它們?cè)趬A性電解液中的電催化氧還原活性和作為超級(jí)電容器電極材料的電容性能進(jìn)行研究。CP1000具有最高的比表面積、孔體積和最高含量的石墨氮,所以CP1000有最高的電催化氧還原活性和最大的比電容值(在電流密度為1 A g-1時(shí)的比電容最大為198 F g-1)。通過(guò)調(diào)節(jié)ZIF-8和PVP的配比,合成了三種具有不同粒徑和氮含量的ZIF-8@PVP-n(n=1、2、3)復(fù)合物,將其在1000℃碳化得到氮摻雜多孔碳材料CP1000-n(n=1、2、3),并對(duì)它們的電催化氧還原活性和電容性能進(jìn)行表征。同高溫直接碳化純ZIF-8得到的多孔碳材料(命名為C1000)相比,CP1000-n有更高的比表面積、孔體積和高含量的石墨氮,這些性質(zhì)使其具有很好的催化活性和很好的電容性能。
【關(guān)鍵詞】：ZIF-8 十六烷基三甲基溴化銨 聚乙烯吡咯烷酮 電催化氧還原 電容
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 緒論10-29
• 1.1 多孔碳材料10-17
• 1.1.1 多孔碳材料概述10-14
• 1.1.2 氮摻雜多孔碳材料簡(jiǎn)介14-16
• 1.1.3 氮摻雜多孔碳材料的制備16-17
• 1.2 沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料17-24
• 1.2.1 金屬有機(jī)框架化合物簡(jiǎn)介18-21
• 1.2.2 ZIF-8 結(jié)構(gòu)、制備及應(yīng)用21-24
• 1.3 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料24-27
• 1.3.1 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的制備24-25
• 1.3.2 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的電催化性能研究25-26
• 1.3.3 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的電容性能研究26-27
• 1.3.4 ZIF-8 基氮摻雜多孔碳材料的其它性能研究27
• 1.4 選題思想及意義27-29
• 第二章 基于核殼結(jié)構(gòu)ZIF-8@CTAB復(fù)合物的氮摻雜多級(jí)孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究29-45
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-33
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備30-31
• 2.2.2 ZIF-8 的合成31
• 2.2.3 ZIF-8@CTAB的合成31-32
• 2.2.4 多孔碳材料PC1000和PC1000@C的制備32
• 2.2.5 工作電極的制備32
• 2.2.6 物理表征32-33
• 2.2.7 電化學(xué)性能表征33
• 2.3 結(jié)果與討論33-44
• 2.3.1 ZIF-8@CTAB的物理性質(zhì)表征33-35
• 2.3.2 多孔碳材料PC1000和PC1000@C的物理性質(zhì)表征35-38
• 2.3.3 多孔碳材料PC1000和PC1000@C的電化學(xué)性質(zhì)表征38-44
• 2.3.3.1 電催化氧還原38-41
• 2.3.3.2 作為超級(jí)電容器的電極材料41-44
• 2.4 結(jié)論44-45
• 第三章 不同碳化溫度的ZIF-8@PVP復(fù)合物基氮摻雜多孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能的研究45-59
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分46-49
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備46-47
• 3.2.2 ZIF-8@PVP的合成47
• 3.2.3 多孔碳材料CPT的制備47-48
• 3.2.4 工作電極的制備48
• 3.2.5 物理表征48-49
• 3.2.6 電化學(xué)性能表征49
• 3.3 結(jié)果與討論49-58
• 3.3.1 ZIF-8@PVP的物理性質(zhì)表征49-50
• 3.3.2 多孔碳材料CPT的物理性質(zhì)表征50-53
• 3.3.3 多孔碳材料CPT的電化學(xué)性質(zhì)表征53-58
• 3.3.3.1 電催化氧還原53-55
• 3.3.3.2 作為超級(jí)電容器的電極材料55-58
• 3.4 結(jié)論58-59
• 第四章 不同原料配比的ZIF-8@PVP復(fù)合物基氮摻雜多孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能的研究59-75
• 4.1 引言59-60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分60-63
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備60-61
• 4.2.2 ZIF-8 的合成61
• 4.2.3 不同配比的ZIF-8@PVP-n的合成61
• 4.2.4 多孔碳材料C1000和CP1000-n的制備61-62
• 4.2.5 工作電極的制備62
• 4.2.6 物理性質(zhì)表征62-63
• 4.2.7 電化學(xué)性能表征63
• 4.3 結(jié)果與討論63-73
• 4.3.1 ZIF-8@PVP-n的物理性質(zhì)表征63-65
• 4.3.2 多孔碳材料CP1000-n的物理性質(zhì)表征65-68
• 4.3.3 多孔碳材料CP1000-n的電化學(xué)性質(zhì)表征68-73
• 4.3.3.1 電催化氧還原68-70
• 4.3.3.2 作為超級(jí)電容器的電極材料70-73
• 4.4 結(jié)論73-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-87
• 致謝87-88
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄88-90

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