《電極材料用糖基碳材料的可控制備與套用探索》是依託東北大學，由張牧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電極材料用糖基碳材料的可控制備與套用探索
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張牧
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
碳質材料作為鋰離子電池和超級電容器的電極材料一直受到廣泛的關注, 而從糖類化合物提取碳材料更是近幾年的熱點之一。 本課題採用糖類化合物（果糖，葡萄糖，蔗糖和澱粉）為原料，運用水熱法提取碳質材料，而後在無氧氣氛下1000 oC左右熱處理，製得適合作為電極材料的碳質材料。本課題組在前期的研究工作中發現，糖類化合物在水熱反應中，所生成的碳質材料是由獨特的納米微粒聚集生長而成。而經過後期的熱處理後，也未發現有任何芳香化的跡象，而非以往認為從糖類得到的碳質材料為硬碳材料，即由相互交錯的單石墨層構成，或有石墨微晶與無定形碳組成。由此判斷，硬碳材料的儲鋰能力源自於材料中的孔隙。因此，在重新認識此碳質材料的化學與物理結構的基礎上，對糖基碳質材料進行結構上的設計，例如微孔化或介孔化，以提高作為電極材料的性能。另外，套用此碳材料，控制製備不同結構碳錫納米複合材料， 亦可獲取擁有更好性能的電極材料。
結題摘要
碳質材料作為鋰離子電池和超級電容器的電極材料一直受到廣泛的關注, 而從糖類化合物提取碳材料更是近幾年的熱點之一。 本課題採用糖類化合物（果糖，葡萄糖，蔗糖和澱粉）為原料，運用水熱法提取碳質材料，而後在無氧氣氛下1000 oC左右熱處理，製得適合作為電極材料的碳質材料。本課題的研究工作中發現，糖類化合物在水熱反應中，所生成的碳質材料是由獨特的納米微粒聚集生長而成。實驗結果表明在此溫度熱處理後，也未發現有任何芳香化的跡象，而非以往認為從糖類得到的碳質材料為硬碳材料，即由相互交錯的單石墨層構成，或有石墨微晶與無定形碳組成。由此判斷，硬碳材料的儲鋰能力源自於材料中的孔隙。因此，在重新認識此碳質材料的化學與物理結構的基礎上，對糖基碳質材料進行結構上的設計，例如微孔化或介孔化，以提高作為電極材料的性能。熱處理後，本課題製備的碳材料比表面積在450 m2/g, 測得鋰離子電池比容量為430 mAh/g。此外，本課題採用水熱法，並通過使用不同的單一鐵鹽，包括FeSO4、FeCl2、Fe2(SO4)3、FeCl3和Fe(NO3)3，製備FeOOH產物，從而對5種鐵鹽的水解產物有了整體的認識。本實驗中除Fe2(SO4)3外，其它鐵鹽都成功合成了不同形貌的高電活性的FeOOH納米顆粒，其中Fe(NO3)3得到的桿狀產物在1A/g的電流密度下表現出619.6F/g的高比電容。這種簡單的合成方法和表現出的大的比電容，說明鐵基電極材料在高性能超級電容器電極材料方面的實際套用中會有巨大的潛力。在乙二胺（EN）輔助Fe2(SO4)3製備Fe2O3的溶劑熱反應中，我們得到了準一維結構的微紡錘形Fe2O3。加入的EN的量越多，紡錘形Fe2O3顆粒的尺寸就越大。獲得的不同尺寸的微紡錘形結構的Fe2O3在1A/g的電流密度下表現出較高的比電容，其中最高的達到558.7 F/g.
