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二氧化锰复合材料的制备方法

【来源/作者】北纳创联 【更新日期】2018-01-12

<蔗糖>

原标题:聚苯乙烯基多孔炭/二氧化锰复合材料的制备及电容性能

陈晨,蔡江涛,杜美利,张亚婷,党永强,卫凯

摘要:以水溶性聚磷酸铵为致孔剂,苯乙烯为碳源,制备出分级多孔炭 (HPC),然后经水热法制备得到二氧化锰包覆多孔炭复合材料。

采用 X 射线衍射分析、扫描电子显微镜、热重分析和物理吸附等对所得材料表面形貌以及结构性能进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗和循环稳定性测试对其进行电化学性能分析。结果表明,当 KMnO 4 ∶HPC= 4∶1 时,所得复合材料中二氧化锰的含量为 55% 时,电容性能最好。在 0.2 A/g 的电流密度下,1 mol/L Na 2 SO 4 电解液的三电极体系中测试,该复合材料比电容最高可达到 216 F/g,且循环 1 000 次后,比容量保持 81%。复合材料优异的电容性能归功于分级多孔炭发达的孔隙结构和均匀的二氧化锰包覆。

多孔炭因其比表面积大、导电性好、化学性质稳定、环境友好并且价格低廉,被广泛应用于储能、催化剂载体等高新技术领域 。目前,多孔炭的制备主要有两大类:活化法和模板法。活化法是通过水、二氧化碳、强碱及强酸等在高温下与炭材料直接反应,从而在炭材料表面及内部形成丰富的孔结构,增大炭材料的孔容及比表面积。然而
其具有工序复杂,耗能高,酸碱消耗多等明显缺点。而模板法则根据模板剂性质的不同主要分为硬模板法和软模板法。硬模板法通过物理作用将碳源填充在模板剂孔隙中,炭化后通过酸或碱将模板剂刻蚀从而得到有序多孔炭。

R. Rooy 等以蔗糖为碳源,首次采用介孔二氧化硅为模板合成得到有序介孔炭,通过该方法制备得到的多孔炭,其孔径大小及尺寸易于调节,但其模板必须由强酸或强碱溶解,容易造成环境污染,并且模板合成步骤繁琐,在一定程度上限制其产业化应用。软模板法则是在碳源组装时即加入模板剂,之后高温炭化时,模板剂热解气化产生孔道,从而致孔。Zhang Fuqiang 等以酚醛树脂为碳源,F127为模板,通过调节碳源和 F127 的比例来控制有序介孔炭的形貌。与硬模板法相比,软模板法制备多孔炭具有良好的可控性与可操作性,合成过程简单,为多孔炭的大规模工业应用提供了可能。但这些模板剂合成过程耗时繁琐、原料价格昂贵,故选择质优价廉的原料做模板剂,为进一步工业化生产多孔炭材料而缩短周期、降低成本提供参考依据,是一项有意义的研究。

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【关键词】聚磷酸铵 苯乙烯 蔗糖 环境 标准物质 北京标准物质网 

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