基于靜電紡絲法對多孔碳纖維及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與電化學(xué)性能的研究.pdf

1、超級電容器是很具有發(fā)展?jié)摿Φ碾娔艽鎯ζ骷哂锌煽焖俪浞烹?、高效和長壽命等諸多優(yōu)點。如何使用綠色，快捷，無污染的方法來制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)的電極材料是本文研究的重點。本文基于靜電紡絲法通過調(diào)節(jié)其前驅(qū)液的配置，收集方式，退火的氣體氛圍和退火溫度等條件來制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)。選取ZnO作為模板來制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)，通過多孔結(jié)構(gòu)來增強碳纖維材料的電化學(xué)性能。通過進一步處理使自支撐多孔碳纖維作為基底來負載MnO2，來增強其電化學(xué)性

2、能。當(dāng)選用TiO2模板來制備多孔結(jié)構(gòu)作為對比時，結(jié)果其模板是不能被完全去除。而后采取氫化的方式來對其處理，并負載MnO2來測試其電容性能。
　?。?）在靜電紡絲的前驅(qū)液中加入ZnO納米顆粒作為模板，改變靜電紡絲收集方式可制備自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)ZnO和聚丙烯腈(PAN)在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的比例，退火后得到擁有不同形貌和結(jié)構(gòu)的自支撐多孔碳纖維。其原理是PAN在高溫氬氣氛圍中能夠被碳化，同時ZnO和C反應(yīng)生成Zn

3、蒸汽和CO，這樣既可去除模板也可使得反應(yīng)產(chǎn)物在高溫下被去除。ZnO和PAN在質(zhì)量比例為1：1時能得到相對分布均勻的孔洞結(jié)構(gòu)，通過鹽酸來去除剩余的鋅。為了進一步增加多孔結(jié)構(gòu)，在前驅(qū)液中繼續(xù)加入模板乙酸鋅，在經(jīng)退火處理后來制備孔洞結(jié)構(gòu)更加均勻的多孔碳纖維結(jié)構(gòu)，并測量其電化學(xué)性能。自支撐多孔碳纖維結(jié)構(gòu)在電流密度為0.2A/g的電容值達到了180F/g，是自支撐碳纖維結(jié)構(gòu)的大約6倍，表現(xiàn)出自支撐多孔碳纖維材料良好的電容性能。
　?。?）將

4、靜電紡絲制備出的自支撐泡沫狀多孔碳纖維作為電極材料的基底，測試其負載MnO2后的電容性能。實驗顯示在1000℃的溫度熱處理時ZnO和C完全反應(yīng)，模板被完全去除，用兩個熱處理溫度對比來說明多孔結(jié)構(gòu)的形成過程，同時也驗證ZnO和C反應(yīng)的機理。將這個溫度下得到的多孔碳纖維作為基底，再在其上面生長MnO2納米片，通過TEM，Raman，XPS表征，錳元素以+4價形式存在，制備出了MnO2，通過電化學(xué)測試得到的自支撐多孔碳纖維負載MnO2的電容值

5、是自支撐碳纖維負載MnO2的2.1倍，表現(xiàn)出自支撐多孔碳纖維負載MnO2電極材料擁有更好的電化學(xué)性能。
　?。?）本章嘗試通過模板TiO2和ZnO模板來進行對比來制備多孔碳材料，通過對比體現(xiàn)出哪種模板更具優(yōu)勢。然后對二氧化鈦和碳纖維的復(fù)合結(jié)構(gòu)進行氫化來負載MnO2并測試其電化學(xué)性能。通過在靜電紡絲的高聚物前驅(qū)液中加入TiO2納米顆粒來制備自支撐碳纖維和TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)。首先嘗試通過利用NaOH和TiO2的反應(yīng)來去除模板。依照上述的