有序針狀焦的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、煤系針狀焦作為一種新型碳材料，在工業(yè)、國(guó)防、航天和特殊民用工業(yè)中有著廣泛的用途，其中主要以制造煉鋼用超高功率石墨電極材料的用量最大。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，針狀焦用于鋰離子電池和超級(jí)電化學(xué)電容器的電極材料的研究也在迅猛發(fā)展。針狀焦結(jié)構(gòu)的有序性是制備高質(zhì)量新型碳材料的關(guān)鍵，而決定針狀焦結(jié)構(gòu)的有序性的重要因素是煤瀝青中間相的有序化形成的條件和環(huán)境。目前對(duì)于外界因素影響中間相的形成機(jī)制仍然沒(méi)有明確的理論解釋?zhuān)虼颂接懹绊懼虚g相的形成機(jī)理以及有序針

2、狀焦的電化學(xué)性能，對(duì)于開(kāi)發(fā)新型的碳材料具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本研究以含有稠環(huán)芳烴的煤焦油瀝青為原料，用催化劑NiCl2催化和溶劑法工藝對(duì)原料進(jìn)行了處理，在外加磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)的條件下制備了針狀焦。通過(guò)掃描電鏡(SEM)觀(guān)察了不同條件下制備的針狀焦的形貌；用X-射線(xiàn)衍射(XRD)表征了不同針狀焦的結(jié)構(gòu)，分析了外加磁場(chǎng)對(duì)中間相的作用機(jī)理；用普通針狀焦和合成的有序針狀焦作為載體制備了電化學(xué)催化電極。在酸性溶液中，通過(guò)循環(huán)伏

3、安法(CV)分別測(cè)試了甲醇電化學(xué)電極催化的氧化還原性和可逆性；采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)表征了不同電極材料的電化學(xué)反應(yīng)性；通過(guò)電化學(xué)等效電路軟件擬合求出了針狀焦電極材料的雙電層電容Cd、電化學(xué)反應(yīng)電阻Rt和電極表面的彌散系數(shù)n。研究結(jié)果如下：掃描電鏡觀(guān)察表明，磁場(chǎng)作用中間相后制備的針狀焦結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的有序性，具有各向異性的易石墨化的纖維結(jié)構(gòu)；XRD結(jié)構(gòu)分析表明，有序針狀焦在(002)晶面的衍射峰高于普通針狀焦，相對(duì)普通針狀焦，有序針狀

4、焦具有更高的結(jié)晶度和較大的晶面間距。在磁場(chǎng)環(huán)境中，中間相多核芳香平面大分子可以發(fā)生定向排列。當(dāng)碳質(zhì)中間相處于球形中間相階段時(shí)，外加磁場(chǎng)可以使這些球體內(nèi)部分子片層進(jìn)一步取向，分子的平面度愈大，則形成的中間相的可塑性愈大，便于層狀結(jié)構(gòu)的形成。電化學(xué)循環(huán)伏安法分析表明，正向掃描過(guò)程中，在氧化電位-0.63V時(shí)，有序針狀焦電化學(xué)催化電極對(duì)甲醇的氧化性最大，逆向掃描過(guò)程中，還原峰和氧化峰對(duì)稱(chēng)分布，氧化還原具有可逆性；電化學(xué)阻抗譜分析表明，有序針狀