多孔納米材料

1、多孔材料多孔材料及其應用及其應用報告人：報告人：雷拓雷拓一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用二、多孔炭的制備二、多孔炭的制備三、超級電容器性質(zhì)及原理三、超級電容器性質(zhì)及原理四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究提綱提綱 多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔洞構成網(wǎng)絡結(jié)構的材料，孔洞的邊界或表洞構成網(wǎng)絡結(jié)構的材料，孔洞的邊界或表面由支柱或平板構成。面由支柱或平板構成。定義定義 由于該材料最初采用發(fā)泡法制備，曾稱之為由于該材料最初采用發(fā)泡法制備，曾稱之為發(fā)泡材料，以后發(fā)展了滲流等制備法，稱之為發(fā)泡材料，以后發(fā)

2、展了滲流等制備法，稱之為通氣性材料，更合適的名稱應為多孔通氣性材料，更合適的名稱應為多孔 泡沫材泡沫材料，簡稱多孔材料或泡沫材料。料，簡稱多孔材料或泡沫材料。 多孔材料在自然界中普遍存在如木材、軟木、多孔材料在自然界中普遍存在如木材、軟木、海綿和珊瑚等海綿和珊瑚等。千百年來，這些天然的多孔材。千百年來，這些天然的多孔材料被人們廣泛利用。料被人們廣泛利用。 現(xiàn)代技術的發(fā)展使得金屬、陶瓷、玻璃現(xiàn)代技術的發(fā)展使得金屬、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那樣發(fā)泡。這些新型等材料也能像聚合物那樣發(fā)泡。這些新型泡沫材料正逐漸地被用作絕緣、緩沖、吸泡沫材料正逐漸地被用作絕緣、緩沖、吸收沖擊能量的材料，從而發(fā)揮了其

3、由多收沖擊能量的材料，從而發(fā)揮了其由多孔孔結(jié)構決定的獨特的綜合性能。結(jié)構決定的獨特的綜合性能。 相對連續(xù)介質(zhì)材料而言相對連續(xù)介質(zhì)材料而言, 多孔材料一般具有相多孔材料一般具有相對密度低、比強度高、比表面積高、重量輕、隔對密度低、比強度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點。音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點。機械性能的改變機械性能的改變(航空航天、汽車航空航天、汽車)對機械波及機械振動的傳播性能的改變對機械波及機械振動的傳播性能的改變（隔音）（隔音）對光電性能改變對光電性能改變（新型光電子元件）（新型光電子元件）選擇滲透性選擇滲透性（特殊過濾裝置）（特殊過濾裝置）選擇吸附性選擇吸附性（高效氣

4、體或液體分離膜）（高效氣體或液體分離膜）應用應用一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用二、多孔炭的制備二、多孔炭的制備三、超級電容器性質(zhì)及原理三、超級電容器性質(zhì)及原理四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究提綱提綱活化法（物理，化學）活化法（物理，化學）催化活化法催化活化法聚合物混合炭化法聚合物混合炭化法有機凝膠炭化法（超臨界有機凝膠炭化法（超臨界CO2）模板法（硬模板，軟模板）模板法（硬模板，軟模板）多孔炭制備多孔炭制備一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用二、多孔炭的制備二、多孔炭的制備三、超級電容器性質(zhì)及原理三、超級

5、電容器性質(zhì)及原理四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究提綱提綱超級電容器以及電極材料分類超級電容器以及電極材料分類w雙電層電容器（雙電層電容器（EDLC）w法拉第準電容器法拉第準電容器w混合類型電容器混合類型電容器碳素材料：成功商業(yè)化，性價比高。碳素材料：成功商業(yè)化，性價比高。金屬氧化物材料：金屬氧化物材料：RuO2為主，為主，導電性好，比容導電性好，比容量大，循環(huán)壽命長，價格高，污染。量大，循環(huán)壽命長，價格高，污染。導電聚合物材料：工作電壓高但電阻大導電聚合物材料：工作電壓高但電阻大 。 雜多酸：雜多酸：具有固體電解質(zhì)的優(yōu)點，使用方便具有固體電解質(zhì)的優(yōu)點

6、，使用方便。能量存儲裝置比較能量存儲裝置比較超級電容器應用背景超級電容器應用背景w優(yōu)良的脈沖充放性能優(yōu)良的脈沖充放性能w大容量儲能性能大容量儲能性能n比能量大于比能量大于2.5Wh/kgn比功率大于比功率大于500W/kgw循環(huán)壽命長（循環(huán)壽命長（105次）次）w環(huán)境適應性強環(huán)境適應性強w無記憶效應無記憶效應w免維護免維護w對環(huán)境無污染對環(huán)境無污染w高功率軍事裝備的激發(fā)器高功率軍事裝備的激發(fā)器w軍用坦克、卡車瞬間啟動軍用坦克、卡車瞬間啟動w數(shù)據(jù)記憶存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)記憶存儲系統(tǒng)w系統(tǒng)主板備用電源系統(tǒng)主板備用電源w電動玩具車主電源電動玩具車主電源w太陽能電池輔助電池太陽能電池輔助電池w通訊設施、計算機

7、備用電源通訊設施、計算機備用電源w電動汽車電源電動汽車電源碳基超級電容器碳基超級電容器(EDLC)原理原理25 . 0 CVE VtIC一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用一、多孔材料定義、性質(zhì)及應用二、多孔炭的制備二、多孔炭的制備三、超級電容器性質(zhì)及原理三、超級電容器性質(zhì)及原理四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究四、有序介孔炭在離子液體中電容特性研究提綱提綱本實驗選用的兩種離子液體本實驗選用的兩種離子液體322813.6 8.4w蒸汽壓接近零，沒有氣味，消除VOCsw良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，可操作溫度范圍寬（ -40300） ；在高溫下使用，可與燃料電池的使用溫度耦合w寬的電化學穩(wěn)定電位窗口w

8、陰、陽離子沒有溶劑化層離子液體電解質(zhì)離子液體電解質(zhì)n粘度大，比傳統(tǒng)的有機電解液高13個數(shù)量級 優(yōu)點優(yōu)點:缺點缺點:dACor2CV21E硬模板法制備有序介孔碳硬模板法制備有序介孔碳炭化炭化HFSBA-15碳源碳源 /SBA-15C /SBA-15OMC 碳源蔗糖碳源蔗糖硫酸硫酸H I Lee, et al. Adv. Mater., 2008, 20, 757-762. 有序介孔碳孔徑的調(diào)變有序介孔碳孔徑的調(diào)變周期性孔結(jié)構變化周期性孔結(jié)構變化OMCBC5BC25比表面積和孔分布比表面積和孔分布碳表面氧原子含量（碳表面氧原子含量（XPS）010203040501.52.02.53.03.54.0

9、4.55.05.5Oxygen content (%)wt% B(OH)3循環(huán)伏安（循環(huán)伏安（5mv/s）EMImBF4EMImTSFI親水親水憎水憎水恒流充放電恒流充放電 （125 mA/g）EMImBF4EMImTSFI碳表面性質(zhì)對本征比電容值的影碳表面性質(zhì)對本征比電容值的影響響炭表面氧含量的增加，顯著地增加了親水性離子液體中炭材料的比電容值dACor碳表面性質(zhì)對速率特性的影響碳表面性質(zhì)對速率特性的影響EMImBF4EMImTSFI表面親、憎水性的匹配 孔徑的影響碳表面性質(zhì)對阻抗譜的影響碳表面性質(zhì)對阻抗譜的影響EMImBF4EMImTSFI在親水性的離子液體中，硼摻雜改善了介孔碳的頻率響應特性和電容特性（相角）