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1、独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 一弛鲴衩诜 一删岫月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或
2、机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 一虢剖飘渺翩躲 签字日期：乃年) 月y 7 F i 拿锄搦 签字目期：t 了年月? 7 同 学位论文的主要创新点 多孔碳的制备方法上有较高的创新性。本文采用了原位模板碳 化法制备多孔碳，以淀粉为碳源，在淀粉溶胶凝胶前驱体形成 的过程中同步合成模板化合物柠檬酸钙，不需单独合成模板以 及碳源物质填充等复杂过程，简化了制备工艺。 所制备的多孔碳材料兼具双电层电容以及法拉第赝电容。从产 物的形貌结构上看，这种方法制备出的多孔碳材料具有蠕虫形 状的中孔结构，且含有一定量C = O 和0 一H 的表面活性官能团， 因而此多孔碳电极易
3、于形成双电层电容和法拉第电容。 本文所制备的多孔碳材料还对葡萄糖具有明显的电催化氧化性 能，且响应时间较短，响应电流较大。 摘要 多孔碳材料具有质量轻、韧性高、模量高、稳定性好、耐高温、耐酸碱、无 毒、吸附能力好、易于加工等优良性能，因而被众多领域所关注。近年来，碳材 料学科的发展速度非常之快，特别是在新型绿色储能器件一一超级电容器中的研 究与应用。超级电容器具有比功率大，比容量高，使用寿命长以及环境友好等诸 多优点，吸引了广大科学研究人员以及各国政府部门的广泛关注。多孑L 碳类材料 可以作为超级电容器核心部件电极的储能材料，自然成为研究的热点。本文以原 料丰富的淀粉为溶胶凝胶前驱体的碳源，采
4、用原位模板碳化法，制备前驱体溶 胶凝胶时，在前驱体中同步合成模板物质，高温碳化后酸洗去除模板最终得到 制备的多孑L 碳材料。本文详细讨论了制备过程中的不同工艺参数( 模板前驱体与 碳源的比例、碳化温度等) 对材料形貌、结构以及使用性能的影响。主要内容如 下： 1 在制备淀粉溶胶过程中，同步形成了模板前驱体柠檬酸钙；高温碳化得 到含碳酸钙模板的复合物，再经醋酸洗脱模板物质得到蠕虫状孔道的多 孑L 碳材料。通过控制溶胶凝胶前驱体中模板与碳源的比例来调控碳酸钙 在复合物中的含量，达到调节孔密度和孔径大小的目的。其中各实验温 度获得C a C 3 0 材料的孔径主要为2n m 左右，部分其它尺寸的孔与
5、之共 同构成层级孔结构。 2 研究并比较了C a C 2 0 6 5 0 、C a C 3 0 6 5 0 和C a C 5 0 6 5 0 的电化学性能i 考 察了这些碳材料在6MK O H 溶液中的超级电容器性质。在0 5C 的放电 倍率下比容量分别为1 5 6F g 、1 8 0F g 和1 6 8F g ；恒流充放电测试结果 表明这三种碳电极材料的循环稳定性良好；交流阻抗测试研究了这三种 材料的电极过程动力学，各材料阻抗均由接触电阻和法拉第电化学过程 的容抗以及扩散部分的阻抗共同作用，阻抗值均较小，有良好的电导率。 3 对容量最大的C A C 3 0 - - 6 5 0 材料进行倍率测
6、试，在0 1V 下，分别以O 5 C 、1 0C 和1 5C 的电流密度对其进行恒流充放电测试，结果表明，该 材料具有良好的倍率性能。 4 本文还考察了该碳电极材料电催化氧化葡萄糖。循环伏安结果表明该碳 电极材料料对葡萄糖具有明显的电催化氧化作用，其中C a C 3 0 6 5 0 的响 应时间最短，响应电流最大，但在准确度和重复性方面还有待于提高， 还需进一步研究。 关键字：淀粉，原位模板法，多孔结构，超级电容器，葡萄糖 A b s t r a c t P o r o u sc a r b o nh a da t t r a c t e dm o r ea t t e n t i o nb
7、e c a u s eo fi t sg o o dp r o p e r t i e so fl i g h t w e i g h t ，h i g h t o u g h n e s s ，h i g hm o d u l u s ，g o o ds t a b i l i t y ，n o n t o x i c ，h i g ha d s o r p t i o n c a p a c i t ya n de a s eo fp r o c e s s i n g ，e ta 1 T h ed e v e l o p m e n t so fc a r b o nm a t e r
8、i a l sw e r e v e r yf a s t R e c e n t l y ，p o r o u sc a r b o nw e r eu s e di n at y p eo fn o v e le n e r g ys t o r a g e d e v i c e - - - s u p e r c a p a c i t o rw h i c ho w nm a n ya d v a n t a g e ss u c ha sh i g hs p e c i f i cc a p a c i t y ， l o n g s e r v i c e l i f e ，a
9、n d e n v i r o n m e n tf r i e n d l ye t a 1 B a s e do nt h e s e a d v a n t a g e s ， s u p e r c a p a c i t o r sh a db e e nc o n c e r n e db ym a n ys c i e n t i f i c r e s e a r c h e r sa n dn a t i o n a l g o v e r n m e n td e p a r t m e n t s A se l e c t r o d em a t e r i a lo
10、ft h es u p e r c a p a c i t o r ，p o r o u sc a r b o n m a t e r i a lh a db e e nb e c o m eaf o c u s S t a r c hw a sar e n e w a b l e ，e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y c a r b o ns o u r c ew i t hl o wp r i c ea n da b u n d a n ts o u r c e S os t a r c hw a su s e da sc a r b
11、o n s o u r c et of o r ms o l - g e lp r e c u r s o rw i t hi ns i t ut e m p l a t em e t h o d I nt h i sw o r kw es t u d i e d t h ei m p a c t so fd i f f e r e n tf a c t o r si np r e p a r a t i o n ( s u c ha sr a t i oo fC a Ci np r e c u r s o r ，t h e t r e a t e dt e m p e r a t u r e
12、 se t a 1 ) o nt h em o r p h o l o g ya n dp e r f o r m a n c e T h em a i nc o n t e n t sa s f o l l o w s ： 1 B yt h e i ns i t ut e m p l a t em e t h o d ，w es y n t h e s i z e dt e m p l a t ep r e c u r s o rc a l c i u m c i t r a t ei nt h es t a r c hs o l ，a n dc a r b o n i z e dt h e
13、c o m p o s i t e sw h i c hc o n t a i n e d t e m p l a t ea th i g ht e m p e r a t u r e A f t e rc a r b o n i z a t i o nt h et e m p l a t es u b s t a n c ew a s e l u t e db ya c e t i ca c i dt oo b t a i np o r o u sc a r b o nm a t e r i a lw i t ht h eW O r m - l i k ep o r e s F o ra d
14、 j u s t i n gp o r es t r u c t u r e sw ec o n t r o l l e dt h ed i s p e r s i v eo fc a l c i u mc i t r a t ei n t h es o l g e lp r e c u r s o rb yc h a n g i n gt h er a t i oo f c a l c i u ma n dc a r b o n T h ep o r e d i a m e t e ro fC a C 3 0d i s t r i b u t e da b o u t2n l T l ，w
15、i t ho t h e rs i z ep o r e sf o r m e dar i c h p o r es t r u c t u r e 2 。T h ee l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e s w e r es t u d i e do nd i f f e r e n t s a m p l e s ， C a C 2 0 - 6 5 0 ，C a C 3 0 - 6 5 0a n dC a C 5 0 - 6 5 0a st h ea c t i v a t e dm a t e r i a l si nt h
16、 ew o r k e l e c t r o d e ；w ea s s e m b l e ds u p e r c a p a c i t o ri n6M K O Hs o l u t i o n T h e ye x h i b i t e d t h es p e c i f i cc a p a c i t i e so f15 6F g ，18 0F g ，a n d16 8F ga t0 5C ，s e p a r a t e l y E x c e l l e n tc y c l es t a b i l i t yp e r f o r m a n c ew a sa l s os h o w e d A f t e r5 0 0 0t i m e sc y c l e s t h ec a p a c i t i e sk e p t9 0 o ft h ei n i t i a lc a p a c i t y A Ci m p e d a n
