碳化蝶翅及其復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、本文以藍(lán)閃蝶蝶翅為碳源通過熱解法制備了具有蝶翅結(jié)構(gòu)的多級孔碳材料，同時采用水熱法制備了 CW-Co3O4納米粒子(CW-Co3O4NPs)和 CW-Co3O4納米陣列(CW-Co3O4NRAs)復(fù)合材料。探究了 CW-Co3O4NPs作為納米結(jié)構(gòu)催化劑對高氯酸銨(AP)熱分解的催化性能以及碳化蝶翅和 CW-Co3O4NRAs的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）以藍(lán)閃蝶蝶翅為碳源，制備了具有蝶翅結(jié)構(gòu)的多級孔碳材料，該材料由碳

2、化層和空氣層交替堆砌而成，存在空心脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)和橫肋結(jié)構(gòu)。該材料具有大孔-介孔-微孔的多級孔結(jié)構(gòu)，其中大孔約為25.0％，介孔約為60.0%，微孔約為15.0%。多級孔碳為氮摻雜材料，其氮含量約為4.2%，氮源來自于原始蝶翅中蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)，碳化過程中不需要外加氮源。
　?。?）以碳化蝶翅為載體，利用水熱法制備了 CW-Co3O4NRAs復(fù)合材料，通過 XRD、Raman、FTIR、TG-DSC、XPS、FESEM、TEM以及低溫氮吸

3、附-脫附等表征，表明 CW-Co3O4NRAs中含有碳、氮、氧、鈷四種元素，二價鈷離子通過碳骨架上的氮和氧原子與碳材料復(fù)合在一起， Co3O4的負(fù)載量約為67.0%。復(fù)合材料具有三維有序周期性結(jié)構(gòu)和大孔-介孔-微孔的多級孔結(jié)構(gòu)。通過循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電曲線和交流阻抗譜分析， CW-Co3O4NRAs在1 A?g-1電流密度比電容為941 F?g-1，能量密度為99.11 Wh?kg-1，同時材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在2000次循

4、環(huán)充放電后電容保持率約在95%以上。
　?。?）以碳化蝶翅為載體，利用水熱法制備了 CW-Co3O4NPs復(fù)合材料，通過XRD、FESEM、TEM和 XPS等表征，結(jié)果表明 CW-Co3O4NPs中 Co3O4納米粒子成功的在碳材料表面并且沒有團(tuán)聚現(xiàn)象，其中四氧化三鈷的負(fù)載量約為70.0%。CW-Co3O4NPs對 AP的熱分解表現(xiàn)出了良好的催化作用，當(dāng)復(fù)合催化劑的添加量為3%時，使得高氯酸銨的低溫?zé)岱纸膺^程消失，高溫?zé)岱纸夥逄崆?/p>