煤基重質(zhì)有機物制備氮硫共摻雜多孔電極炭的研究.pdf

1、多孔炭材料由于具有良好的熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、導電性以及比表面積大等優(yōu)點被廣泛應用于催化劑載體、電極材料及電催化等領域。表面性質(zhì)是影響多孔炭材料性能的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，雜原子摻雜是改善多孔炭材料表面性質(zhì)的有效手段之一，不同雜原子之間的協(xié)同效應更是可以為多孔炭材料帶來獨特的性能。重質(zhì)有機組分含有較多的瀝青烯和前瀝青烯，易于發(fā)生聚合和交聯(lián)，是制備炭材料的優(yōu)異前體材料。本文開發(fā)了煤直接液化殘渣基重質(zhì)有機組分氮硫共摻雜多孔炭材料，旨在實現(xiàn)煤直接

2、液化殘渣的高附加值利用，同時探究了多孔炭的表面性質(zhì)、孔道結(jié)構(gòu)對其作為超級電容器電極材料以及氧還原反應催化劑性能的影響。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　將重質(zhì)有機組分經(jīng)化學改性摻雜得到含氮和硫的前體材料，采用炭化過程中原位生長的氧化鎂為模板，通過調(diào)變化學改性過程分別制備了氮摻雜、硫摻雜、氮硫共摻雜和未摻雜的多孔炭。所得氮硫共摻雜多孔炭比表面積最高可達1540 m2 g-1，孔容0.93cm3 g-1，對應的氮含量為3.7 wt％，硫含

3、量為1wt％。
　　以制備所得多孔炭材料為電極材料，探究了多孔炭材料的表面性質(zhì)對炭基超級電容器性能的影響，結(jié)果表明:雜原予摻雜可以有效的提高多孔炭材料的導電性及質(zhì)量比電容。相比硫摻雜多孔炭材料，氮摻雜多孔炭材料具有更加優(yōu)異的性能，而由于氮原子和硫原子的協(xié)同效應，氮硫共摻雜多孔炭表現(xiàn)出最好的超級電容器性能。在三電極體系1 M H2SO4電解液中，當電流密度為100 mA g-1時，所得氮硫共摻雜多孔炭的質(zhì)量比電容達到294.8 F

4、g-1，具有最大的質(zhì)量比電容;在2Ag-1的電流密度下，其質(zhì)量比電容仍可達到186 F g-1，且在1 Ag-1電流密度下循環(huán)5000次容量保持率仍在90％以上。
　　以制備所得多孔炭材料為氧還原反應催化劑，考察了表面性質(zhì)對炭材料電催化性能的影響，結(jié)果表明:雜原子摻雜可以明顯的提高材料的電催化性能;在氮原子和硫原子的共同作用下，材料表面高催化活性中心數(shù)量增多是材料電催化性能提升的重要原因。所得氮硫共摻雜多孔炭在0.1M KOH中催