由于生物質(zhì)來源廣泛和含碳量較高,以生物質(zhì)為碳源合成炭基多孔材料是獲得功能炭材料的重要途徑。生物質(zhì)為原料制備炭材料的主要方法有水熱法、模板法和化學(xué)活化法。這些制備方法各自存在一些不足之處,主要包括:1)水熱法很難獲得多孔材料,所得炭材料比表面積較低,顆粒較大,這極大地限制了它在催化和電極材料中的應(yīng)用;2)模板法所得炭材料一般只具有介孔特性,模板不可重復(fù)利用;3)化學(xué)活化法一般使用大量KOH,往往既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力,很難獲得具有豐富等級(jí)孔的炭材料。因此,如何通過有效且綠色的手段將豐富的孔結(jié)構(gòu)引入到炭材料中一直是該領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。本論文圍繞具有優(yōu)異性能炭電極材料的構(gòu)筑這一關(guān)鍵問題展開研究,致力于發(fā)展多級(jí)孔炭氣凝膠合成和改性新策略,將以生物質(zhì)為炭源,離子液體為反應(yīng)媒介和致孔劑,通過離子熱方法制備具有微-介孔和氮摻雜炭氣凝膠材料。論文主要工作如下:（1）以生物質(zhì)果糖為碳源,利用含鐵的離子液體（1-丁基-3-甲基咪唑四氯化鐵）作為反應(yīng)介質(zhì)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行炭化,不需要任何活化過程就可轉(zhuǎn)化為多級(jí)孔炭材料。在該反應(yīng)體系中,離子液體回收率高達(dá)98%,所得炭材料具有豐富的微孔和介孔結(jié)構(gòu),比表面積高達(dá)1200 m2 g... 

【文章來源】：福州大學(xué)福建省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?ＰＳ－Ｐ４ＶＰ／ｒｅＳ〇ｒＣｉｎ〇ｌ合成有序介孔炭材料的形成過程示意圖［３６】??

四氯化鐵）作為反應(yīng)介質(zhì)對(duì)葡萄糖、果糖、．木糖和淀粉進(jìn)行炭化，不需要任何??活化過程就可實(shí)現(xiàn)將多種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為介孔炭材料，并且證實(shí)了離子液體中存??在多種作用力有利于納米材料的成核和穩(wěn)定，如圖１－３所示，可以觀測(cè)到所得??炭納米微球的尺寸（約５０?ｎｍ）要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水熱炭微球（２？５?ｐｍ）。該研究認(rèn)??為在此過程中離子液體的陰陽(yáng)離子同時(shí)扮演著雙功能模板劑的角色：咪唑基陽(yáng)??離子及其聚集態(tài)誘導(dǎo)形成介孔，四氯化鐵離子是微孔的致孔劑。而微－介等級(jí)孔??炭可提供快速離子通道，進(jìn)而提高離子交換速率，其在超級(jí)電容器性能中展示??出較高的電容特性。??圖１－３基于葡萄糖、果糖、木糖和淀粉離子熱法制備的炭材料的掃描電鏡圖［５２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?（Ａ）?Ｃ－ｇｌｕｃｏｓｅ－７５０，?（Ｂ）?Ｃ－ｆｉｒｕｃｔｏｓｅ－７５０，?（Ｃ）?Ｃ－ｘｙｌｏｓｅ－７５０?ａｎｄ??（Ｄ）?Ｃ－ｓｔａｒｃｈ－７５０［５２］??此后，離子液體不斷用來制備炭基多孔材料。戴勝［５３］、Ｍ?Ａｎｔｏｎｉｅｔｔｉ人［５４］??和王勇等人［５５］—直致力于這方面的研究，大力推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。戴勝和浙??王勇（如圖１－４）利用較昂貴的離子液體１－丁基－３－甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺??鹽（［Ｂｍｉｍ］［ＮＴｆ２］）［４］炭化生物質(zhì)及其衍生物，可以獲得氮摻雜多孔炭材料，其??比表面積可以達(dá)到２７０?ｍ２?ｇ＇并且回收利用離子液體，通過高溫?cái)U(kuò)孔比表面積??８??

??按照不同的工作原理，可以把超級(jí)電容器電極材料分為三類，如圖１－７所??示：一是以炭基材料為代表的雙電層電容為原理的電極材料；二是以過渡金屬??化合物為代表的法拉第準(zhǔn)電容為原理的贗電容電極材料；三是以復(fù)合材料為代??表的混合電容原理的電極材料，即綜合了雙電層電容和贗電容特性的電極材料??ｔ７２］。其中炭基多孔材料因其豐富、廣泛的碳源，超高的比表面積、導(dǎo)電性強(qiáng)、??易于調(diào)控等優(yōu)勢(shì)受到研宄人員的青睞。?－??級(jí)電容器電極材??／??＾?＾?（?—＼??第一階段雙電層電容?第二階段贗電容電?第三階段混合電容??電極材料（１９５７年）?極材料（１９７１年）?電極材料（１９９３年）??炭?活碳金?導(dǎo)?炭?炭??碳?xì)庑约{?ｆ?－ｉ?Ｉ化Ｉ合??Ｓ凝?米＝Ｉ?Ｉ物１物??—＿ｉｉ膠ｉｉ炭ｉｉ管１１物丨物?丨氧?丨窠??圖１－７超級(jí)電容器電極材料的發(fā)展與分類??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?Ｔｈｅ?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?Ｃａｔｅｇｏｒｙ?ｏｆ?Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??炭材料的種類繁多，其中活性炭、碳纖維、碳納米管、炭氣凝膠等都可以??作為電極材料應(yīng)用在超級(jí)電容器上。??通過活化具有三維孔道結(jié)構(gòu)的炭前驅(qū)體制備所得的活性炭，是最為常見的??電極材料�；罨椒ê颓膀�(qū)體不同得到的活性炭物理化學(xué)性質(zhì)也不盡相同１７３，７４］，??但是經(jīng)過活化后的炭材料都具有超高的比表面積，有些可達(dá)３０００?ｍ２?ｇ人但是??活性炭多以微孔為主，孔徑分布不均，孔隙較小，往往只允許體積較小的電解??質(zhì)的滲入


本文編號(hào)：2988229