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掺杂间苯二酚的苯酚基炭气凝胶的制备与电化学研究

作　者: 李捷文
导　师: 孟庆函
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 炭气凝胶 苯酚 间苯二酚 微观结构 电化学性能
分类号: TQ127.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


炭气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定形炭素材料,具有许多优异性能(诸如导电性、绝热性、多孔性等),并可应用于催化剂载体、电吸附除盐、吸附剂、色谱仪填充材料、贮氢材料等方面,也是制备超级电容器和锂电池的理想电极材料。炭气凝胶自1989年诞生后的二十多年时间里,受到了各国广泛地关注及研究,目前在原料的选择、制备工艺及具体应用等方面有了相当程度的改进及创新。传统的炭气凝胶的制备采用间苯二酚及甲醛为原料,但由于间苯二酚高昂的价格,限制了其制备的炭气凝胶的应用。为了降低成本,提高炭气凝胶的市场竞争力,本文选用酚类同系物中价格最为低廉的苯酚为原料,碱作为催化剂,少量的间苯二酚作为反应成核剂与交联剂,在水相中与甲醛反应通过两步法制得炭气凝胶。本文考察了不同量的间苯二酚掺杂对催化剂碱用量的影响,以及对随后所制备的炭气凝胶的形貌、密度、体积收缩率及炭化收率等宏观物性的影响,并通过扫描电镜、氮气吸脱附等温线、热重分析等手段分析其对炭气凝胶微观结构的影响。结果表明,极少量的间苯二酚的加入可以极大地减少形成透明有机凝胶所需碱催化剂的用量；一定的少量间苯二酚(10%、20%)的加入时,炭气凝胶的微孔中孔含量轻微减少,并引入少量的大孔,碱催化剂用量的减少可以降低所得炭气凝胶的密度及体积收缩率；而当较多量的间苯二酚(30%)的加入时,炭气凝胶的中孔含量极大减少,大孔含量极大增加,碱催化剂用量的减少却提高了所得炭气凝胶的密度及体积收缩率。本文还利用恒流充放电实验考察了所得的炭气凝胶在不同电流密度下电化学性能,发现当电流密度从1mA增加至50mA时,纯苯酚炭气凝胶的比电容从146.2 F/g下降至125.1F/g,而加入少量间苯二酚的炭气凝胶的比电容从177.1 F/g略微下降至166.5 F/g,结果表明少量间苯二酚的加入可以增加相应炭气凝胶的比电容,特别是可以提高在高电流密度下的电容性能。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-31
  1.1 炭气凝胶的概述  15
  1.2 炭气凝胶的结构与制备  15-21
    1.2.1 炭气凝胶的结构  15-16
    1.2.2 炭气凝胶的制备  16-21
  1.3 炭气凝胶的最新研究进展及趋势  21-26
    1.3.1 炭气凝胶的最新研究进展  21-24
    1.3.2 炭气凝胶的最新研究趋势  24-26
  1.4 双电层电容器及超级电容器  26-29
    1.4.1 双电层电容器  26-27
    1.4.2 超级电容器  27-28
    1.4.3 炭气凝胶电极材料  28-29
  1.5 选题的意义及主要内容  29-31
    1.5.1 本文选题的意义  29
    1.5.2 主要研究内容  29-31
第二章 实验部分  31-35
  2.1 实验原料  31
  2.2 实验仪器  31-32
  2.3 样品表征  32-35
    2.3.1 比表面积和孔结构表征  32
    2.3.2 热失重(TG)分析  32
    2.3.3 扫描电镜(SEM)分析  32
    2.3.4 红外(IR)分析  32-33
    2.3.5 电化学恒流充放电试验  33-35
第三章 苯酚基炭气凝胶的制备及研究  35-41
  3.1 前言  35
  3.2 样品的制备  35-36
  3.3 样品结构特性比较与分析  36
  3.4 样品孔结构分析  36-38
  3.5 样品红外分析  38-40
  3.6 小结  40-41
第四章 掺杂间苯二酚的苯酚基炭气凝胶的制备及研究  41-57
  4.1 前言  41
  4.2 样品的制备  41-42
  4.3 样品配方优化  42-45
    4.3.1 不同固含量的影响  42-43
    4.3.2 不同甲醛用量的影响  43-45
  4.4 样品结构特性比较与分析  45-49
  4.5 样品微观形貌比较与分析  49-50
  4.6 样品孔结构比较与分析  50-55
  4.7 样品气凝胶的热分析  55-56
  4.8 小结  56-57
第五章 掺杂间苯二酚炭气凝胶的电化学性能研究  57-63
  5.1 前言  57
  5.2 电极片的制备  57
  5.3 电极片的电化学性能研究  57-61
  5.4 小结  61-63
第六章 论文的主要结论及工作展望  63-65
  6.1 论文的主要结论  63-64
  6.2 论文主要创新点  64
  6.3 今后的工作建议  64-65
参考文献  65-71
致谢  71-73
研究成果及发表的学术论文  73-75
作者和导师简介  75-76
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 非金属元素及其无机化合物化学工业 > 第Ⅳ族非金属元素及其无机化合物 > 碳及其无机化合物 > 碳
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