2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、活性多孔炭因具有良好的導(dǎo)電性,優(yōu)良的物理化學(xué)穩(wěn)定性,以及相對低廉的價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)而成為使用最廣泛的超級電容器電極材料。但它以微孔為主,由于離子在彎曲而不規(guī)則的微孔中傳輸較慢,甚至無法到達(dá)某些微孔深處,因此限制了其有效利用率,也影響了其倍率性能和功率特性。但如果對其孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì),使之具備微孔、介孔和大孔分級孔組合的層次多孔結(jié)構(gòu),其中大孔可作為離子緩沖池縮短離子擴(kuò)散的距離,介孔可以促進(jìn)雙電層的形成,并減小離子傳輸?shù)淖杩梗⒖讋t可為雙電

2、層電容的形成提供主要場所,從而獲得高性能的新型超級電容器用炭材料。因此,本論文設(shè)計(jì)并制備了具有微孔、介孔和大孔分級孔組合的層次多孔炭材料,且在此基礎(chǔ)上,通過對材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改性研究,顯著改進(jìn)了其性能,取得了一系列有意義的成果。本論文的主要研究工作如下:
  (1)將碳化鉻在700℃氯化反應(yīng)3 h后,用濃度為16 mol L-1的硝酸進(jìn)一步處理得到了具有表面官能團(tuán)的層次多孔碳化鉻衍生炭,并探討了活化工藝條件對所制備的層次多孔碳化

3、鉻衍生炭結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究表明,所得碳化鉻衍生炭材料具有微孔、介孔和大孔分級孔組合的層次多孔結(jié)構(gòu),經(jīng)硝酸處理后所得到的表面官能團(tuán)修飾的層次多孔碳化鉻衍生炭材料的比表面積和孔容降低了,但電化學(xué)性能卻提高了,因?yàn)槠浔砻娴墓倌軋F(tuán)能提高材料的親水性,并增加其贗電容。在100 ℃硝酸處理所得到的層次多孔碳化鉻衍生炭C(Cr3C2)-M100在掃描速率為5 mV s-1時(shí)的比電容為209 F g-1,在電流密度為1 A g-1時(shí)的比電容為206

4、.5 F g-1,在5000次恒流充/放電循環(huán)后的比電容保持率可達(dá)90%。
  (2)以糠醇為碳源,以十六烷基三甲基溴化銨、聚丙烯酸、正硅酸乙酯為模板,在水熱條件下合成了內(nèi)部孔道互通的層次多孔炭微球(HPCMS),并探討了原料配比對所合成材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)糠醇與正硅酸乙酯摩爾比為2:1時(shí),所得層次多孔炭微球HPCMS-2的比表面積最大(709 m2 g-1),電化學(xué)性能也最好。HPCMS-2電極材料在掃描速率

5、為5mV s-1時(shí)比電容為171 F g-1,在電流密度為1 A g-1時(shí)比電容為221 F g-1。以HPCMS-2為電極材料組裝成的超級電容器經(jīng)5000次循環(huán)后,其比電容仍能保持在50 F g-1。
  (3)以二氧化硅微球納米陣列為硬模板,以三嵌段共聚物PEO20PPO70PEO20(P123)為軟模板,以蔗糖為碳源,成功合成了三維有序?qū)哟味嗫滋坎牧?3D HOPC),并探討了所用二氧化硅微球的粒徑對所合成材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性

6、能的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)二氧化硅微球粒徑為80 nm時(shí),所合成的三維有序?qū)哟味嗫滋坎牧?D HOPC-80的比表面積最高(709 m2 g-1),電化學(xué)性能也最好。3D HOPC-80電極材料在掃描速率為5 mV s-1和電流密度為1 A g-1時(shí)的比電容分別高達(dá)243.5 F g-1和247 F g-1。以3D HOPC-80為電極材料組裝而成的超級電容器,經(jīng)歷10000次循環(huán)后比電容保持率可達(dá)91%。
  (4)通過在三維有序大

7、孔炭材料表面包覆聚苯胺并碳化,再對其進(jìn)行 KOH活化處理,成功地得到了具有表面官能團(tuán)的三維層次多孔炭材料(N-3DHPC)。結(jié)果表明,它基本保留了原始三維大孔炭材料的形貌,比表面積高達(dá)1084 m2 g-1。以N-3DHPC為電極材料組裝成的超級電容器在電流密度為1 A g-1時(shí),比電容高達(dá)77.1 F g-1。其在10000次循環(huán)之后的比電容仍能維持在76.1 F g-1,比電容保持率高達(dá)96%。當(dāng)它的功率密度為500 W kg-1時(shí)

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