瀝青質(zhì)基多孔炭在摻氮過程中元素的演變規(guī)律.pdf

1、氮摻雜多孔炭材料由于具有獨特機械、光學(xué)、電子等特性使得其在儲能、催化、分離等領(lǐng)域中顯示出誘人的應(yīng)用前景。研究熱處理制備過程中摻氮炭材料的結(jié)構(gòu)、組成及表面化學(xué)性質(zhì)的變化特點，對于實現(xiàn)炭材料定向摻氮具有重要意義。本文主要以煤液化殘渣基瀝青質(zhì)為碳源，MS為氮源，制備氮摻雜炭材料，主要研究成炭熱處理過程中氮摻雜炭材料表面官能團的變化;在此基礎(chǔ)上通過CO2活化法制備了氮摻雜的多孔炭材料，并測試了摻氮多孔炭材料的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容和成果如下:

2、
　　(1)熱處理過程中氮摻雜炭材料表面官能團的變化研究
　　瀝青質(zhì)(A)經(jīng)預(yù)氧化得到預(yù)氧化的瀝青質(zhì)(AO)，將預(yù)氧化后的瀝青質(zhì)(AO)與氮源(MS)混合放入管式爐中，在不同溫度、氮氣環(huán)境下進行熱處理制備氮摻雜炭材料(AOM-Ts)，主要研究熱處理溫度變化過程中氮摻雜炭材料表面官能團的演變規(guī)律。結(jié)果表明:相比于A，AO在熱處理過程中表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性，在熱處理溫度為800℃時其炭化收率高達63.75％;經(jīng)處理的AO出現(xiàn)了明

3、顯的羰基官能團，所含氧元素含量明顯高于A，這些含氧官能團的存在為MS中的-NH2反應(yīng)提供了豐富的活性位;熱處理溫度在500℃以上時，在相同的熱處理溫度下，AOM-T的氮元素、氧元素的含量高于AM-T;對于樣品AOM-Ts而言，熱處理溫度在500℃之前，含氮官能團主要以N-5和N-6兩種形式存在;熱處理溫度為600℃時，含氮官能團出現(xiàn)了N-Q，700℃時出現(xiàn)了N-X;隨著熱處理溫度的升高，N-5的含量基本上保持不變，N-6的含量逐漸降低，

4、而N-X和N-Q的含量均增加;熱處理溫度的變化對含氧官能團存在的形態(tài)沒有明顯的影響，均以O(shè)-Ⅰ和O-Ⅱ類型存在，且O-Ⅱ的含量大于O-Ⅰ的含量。
　　(2)瀝青質(zhì)氧化前后對摻氮炭材料表面組成、結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響
　　分別以瀝青質(zhì)/預(yù)氧化的煤液化殘渣瀝青質(zhì)為原料、MS為氮源，采用CO2物理活法制備氮摻雜的多孔炭材料，研究瀝青質(zhì)預(yù)氧化處理工藝對其摻氮造孔后的組成、結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:預(yù)氧化后的樣品中所含的氮

5、元素含量、N-5和N-6總含量、比表面積和孔容均明顯變大，其含氮量為4.85 wt.％，比表高達986 m2·g-1，孔容為0.61cm3·g-1;在三電極體系下，6 M KOH電解液中100 mA·g-1的電流密度下，預(yù)氧化處理后的樣品具有最大的質(zhì)量比電容，其值為197 F·g-1;當(dāng)電流密度達到10 A·g-1時，其質(zhì)量比電容仍可達到136 F·g-1;在兩電極體系、1 A·g-1的電流密度下，經(jīng)過5000次循環(huán)充放電，其電容值的保