多級(jí)孔、離散中空碳球的制備、石墨化與電化學(xué)性能研究.pdf

1、在諸多多孔碳材料中，中空碳球由于其大的比表面積（SSA）、大的空腔結(jié)構(gòu)、低密度、導(dǎo)電性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等在催化、吸附、超級(jí)電容器、可控藥物釋放、儲(chǔ)氫、鋰離子電池等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，成為人們研究的熱點(diǎn)，而它在各個(gè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用很大程度上取決于它的離散性以及對(duì)尺寸的控制上。中空碳球在不同領(lǐng)域的應(yīng)用需要不同的孔隙率和物相結(jié)構(gòu)，作為超級(jí)電容器的電極材料需要好的離子傳輸性能和電子傳輸性能，即要求材料的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)和好的導(dǎo)電性能。所

2、以本文旨在制備多級(jí)孔、離散均一中空碳球及其結(jié)構(gòu)調(diào)控和石墨化，并研究了其作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。主要分以下兩個(gè)方面：
　?。?）本文通過(guò)以單分散的凹陷中空聚苯乙烯-二乙烯基苯（PS-DVB）為前驅(qū)體，分別以四氯化碳和二氯乙烷作為交聯(lián)劑進(jìn)行兩次超交聯(lián)反應(yīng)，最后高溫碳化的“二次交聯(lián)熱解”的方法，成功制備了多級(jí)孔、離散均一的中空碳球。通過(guò)改變DVB的用量實(shí)現(xiàn)了對(duì)中空碳球孔隙率及殼層厚度的調(diào)控。結(jié)果表明交聯(lián)反應(yīng)使凹陷的中空膠囊恢

3、復(fù)為空心球結(jié)構(gòu)，同時(shí)在交聯(lián)結(jié)構(gòu)中形成含有微孔、介孔、大孔的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)。二次超交聯(lián)反應(yīng)生成的高度交聯(lián)的硬質(zhì)殼，有效避免了微球的高溫裂解粘結(jié)行為，是制備離散均一中空碳球的關(guān)鍵。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，DVB含量為30 wt％的碳化樣品相比其他樣品具有較好的電化學(xué)性能，在5 mV·s-1的掃描速率下比電容達(dá)到了192 F·g-1，這都?xì)w因于樣品高的比表面積、微孔表面積、微孔體積、多級(jí)孔結(jié)構(gòu)和大的內(nèi)部容積。
　?。?）作為電極材料，不僅要有合

4、適的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，還要有好的導(dǎo)電性。為了提高中空碳球的導(dǎo)電性，本文使用了一種由兩種路徑制備石墨化多級(jí)孔中空碳球的方法。第一條路徑以ClCH2CH2Cl為交聯(lián)劑，進(jìn)行超交聯(lián)反應(yīng)形成一次交聯(lián)樣品；第二條路徑以 CCl4為交聯(lián)劑進(jìn)行一次交聯(lián)反應(yīng)，然后以 ClCH2CH2Cl為交聯(lián)劑得到二次交聯(lián)樣品，最后碳化兩組樣品都得到了石墨化多級(jí)孔中空碳球。兩種路徑采用的都是聚合物微球超交聯(lián)負(fù)載Lewis酸催化劑、催化石墨化的方法，實(shí)現(xiàn)了催化劑的均勻負(fù)載，并