納米炭纖維的可控合成及電化學性能研究.pdf

1、納米炭纖維由于其特殊的一維形貌、高的比表面積、豐富的孔道和優異的物化性質，在催化、吸附分離及儲能材料等領域有著廣闊的應用前景，引起了人們的高度重視和廣泛研究。到目前為止，人們在多孔納米炭纖維的合成、功能化以及應用等方面取得了豐富的成果。但是，如何根據實際應用需要，定向設計及制備織構參數可精確調控的納米炭纖維仍然具有很大的挑戰?；诒菊n題組在納米多孔炭材料領域的研究基礎與進展，本論文從精確控制炭纖維的形貌、孔道及分散性三個方面出發，基于分

2、子自組裝、控制炭化及限域熱解方法，設計制備了具有不同形貌和孔結構參數的多孔納米炭纖維，并研究了其在超級電容器和鋰離子電池中的應用。主要研究內容及結果包括以下幾個方面:
　　(1)針對傳統硬模板法操作復雜、孔結構難調控等問題，借助表面活性劑結構導向作用，以水熱法設計制備了系列納米聚合物材料。具體思路主要是以間苯二酚、甲醛為前驅體，以F127為結構導向劑，經水熱法合成酚醛樹脂聚合物。通過改變前驅體用量、表面活性劑濃度及聚合溫度等合成參

3、數可有效控制產物的形貌，進一步制備納米球、納米棒及納米纖維等多種形貌酚醛樹脂基聚合物;
　　(2)從聚合物纖維出發，經過炭化和水活化，制備出不同結構參數的納米炭纖維，比表面積和孔體積分別從529-1144 m2 g-1和0.284-0.666 cm3 g-1可調。將水活化后的炭纖維用作超級電容器電極材料，電容性能優異，在5 mV s-1掃速下比電容可達283 F g-1。此外，基于多孔炭纖維的高比表面積和豐富的微孔結構，將多孔炭纖

4、維與硫復合，用作鋰硫電池電極材料。這種炭纖維/硫復合電極可有效提高硫的利用率，同時防止穿梭效應，循環50次后，可逆容量達950 mA hg-1，優于類似材料的文獻報道值。
　　(3)針對目前常用一維炭材料難以分散、孔道連通性差等問題，通過限域熱解方法制備膠體型介孔炭纖維，所得納米炭纖維產品具有優良的結構特點，如尺寸均一、孔道豐富、比表面積高和孔體積大等。水活化處理可改變炭纖維的微觀結構，處理后的炭纖維展現出優異的電化學性能。將其作