胶原蛋白基掺氮多孔炭材料的制备与表征

发布时间：2017-10-13 20:13

  本文关键词：胶原蛋白基掺氮多孔炭材料的制备与表征

  更多相关文章： 蛋白质 多孔碳 氮掺杂 气体吸附 超级电容器

【摘要】：随着社会的发展,科技的进步,人们对能源的需求越来越大。由于传统的化石能源日益枯竭,并且在使用过程中也会对环境造成严重污染,因此,寻求一个可再生的清洁能源作为替代品的任务迫在眉睫。多孔碳材料,具有高的比表面积和大的孔容,能够有效的捕获二氧化碳,并且在氢气的存储方面也有自身独到的贡献。超级电容器在能量的转化和存储的诸多方面都有良好的表现,是目前电化学研究的热点。多孔碳作为最早使用在超级电容器电极上的材料,它发达的孔隙结构、丰富的表面官能团都是良好电性能的基础。本文采用天然动物质一猪皮为原料,将其的主要成分蛋白质提取出来,蛋白质中含有丰富的蛋白质和氨基酸,因此它既可以做碳源也可以做氮源。利用沉淀法将活化剂碳酸钙或草酸钙以及硝酸钾与蛋白质混合,或者用二氧化硅微球做模板经一步碳化得到多孔碳材料。研究了碳化温度和模板用量对材料的电化学性能和吸附性能的影响。主要工作如下所述：(1) 以蛋白质为碳源和氮源,液相沉淀法混合进去碳酸钙和硝酸钾,在不同的温度下直接碳化得到试样,研究碳化温度对样品性能的影响。随着碳化温度的升高,样品比表面积增加(1165m2·g-1-2799 m2·g-1),介孔大量增加,超微孔含量减少,氢吸附量增加(2.04wt%-2.44wt%),二氧化碳吸附量减少(5.3mmol·g-1-4.0mmol·g-1)。样品的含氮量则是随着温度升高而降低(10.4wt%-1.59wt%),在电化学测试中,小电流密度下,比电容也随碳化温度增大而减小,从292F·g-1到218 F·g-1。(2) 以蛋白质为碳源和氮源,液相沉淀法混合进去草酸钙和硝酸钾,在不同的温度下一步碳化得到试样。由于草酸钙在400℃时会分解释放出一氧化碳,将材料冲的更加疏松,因此得到了密度更小的多孔碳。同样随着碳化温度的升高,样品的比表面积发生了明显增加(1661m2·g-1-2432 m2·g-1),氮含量最高可达11.4wt%,其在0℃下吸附二氧化碳的量有4.7mmol·g-1,而最高的氢吸附量也有2.29wt%。比电容达252F·g-1,并且拥有良好的倍率性能。(3) 以蛋白质为原料,二氧化硅微球做模板,得到了具有蜂窝状形貌的多孔碳材料,通过更改硅球用量制备具有特殊孔道结构的多孔碳。当硅球用量与明胶用量比为10：1的时候,得到的碳样品基本都是蜂窝状形式存在。最高比表面积约119 m2·g-1,最大孔容为0.58cm3·g-1,样品中主要存在的孔是大孔,这是造成比表面积和孔容不高的原因。比电容最高达到160 F·g-1,具有不错的倍率性能。
【关键词】：蛋白质 多孔碳 氮掺杂 气体吸附 超级电容器
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 生物质炭概述16
• 1.2 多孔碳的制备方法16-18
• 1.2.1 模板法17
• 1.2.2 碳化活化法17-18
• 1.3 氮原子掺杂18-20
• 1.4 多孔碳的应用20-23
• 1.4.1 超级电容器20-21
• 1.4.2 CO_2吸附21-22
• 1.4.3 H_2吸附22-23
• 1.4.4 催化应用23
• 1.5 立题依据与研究背景23-25
• 1.5.1 立题意义与背景23-24
• 1.5.2 研究内容与创新24-25
• 参考文献25-32
• 第二章 实验部分32-36
• 2.1 主要试剂和原料32
• 2.2 样品的制备方法及步骤32-33
• 2.2.1 蛋白质与碳酸钙或草酸钙混合前驱体的制备32
• 2.2.2 蛋白质与二氧化硅微球混合前驱体的制备32-33
• 2.3 研究方法33-36
• 2.3.1 热重分析33
• 2.3.2 扫描电子显微镜33
• 2.3.3 高分辨率透射电子显微镜33
• 2.3.4 X射线衍射分析33
• 2.3.5 拉曼光谱分析33-34
• 2.3.6 X射线光电子能谱分析34
• 2.3.7 元素分析34
• 2.3.8 吸附分析34
• 2.3.9 电化学性能测试34-36
• 第三章 碳酸钙与硝酸钾活化蛋白质基活性炭的制备与表征36-56
• 3.1 前驱体的热解及物相分析36-39
• 3.1.1 XRD分析36-37
• 3.1.2 Laman光谱分析37-38
• 3.1.3 TG/DTG分析38-39
• 3.2 SEM和HRTEM形貌分析39-41
• 3.3 元素分析41-42
• 3.4 吸附分析42-49
• 3.4.1 N_2吸附与孔结构分析42-44
• 3.4.2 CO_2吸附分析44-46
• 3.4.3 H_2吸附分析46-49
• 3.5 电化学分析49-53
• 3.5.1 恒电流充放电49-50
• 3.5.2 循环伏安曲线50-52
• 3.5.3 交流阻抗与比电容52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 参考文献54-56
• 第四章 草酸钙与硝酸钾活化蛋白质基活性炭的制备与表征56-76
• 4.1 前驱体的热解及物相分析56-59
• 4.1.1 XRD分析56-57
• 4.1.2 Laman光谱分析57-58
• 4.1.3 TG/DTG分析58-59
• 4.2 SEM形貌分析59-60
• 4.3 元素分析60-62
• 4.4 吸附分析62-69
• 4.4.1 N_2吸附与孔结构分析62-64
• 4.4.2 CO_2吸附分析64-66
• 4.4.3 H_2吸附分析66-69
• 4.5 电化学分析69-73
• 4.5.1 恒流充放电曲线69-71
• 4.5.2 循环伏安曲线71-72
• 4.5.3 交流阻抗与比电容72-73
• 4.6 本章小结73-74
• 参考文献74-76
• 第五章 硅球模板蛋白质多孔碳的制备与表征76-84
• 5.1 扫描电镜照片76-78
• 5.1.1 硅球模板SEM照片76
• 5.1.2 模板法制备的碳的SEM照片76-78
• 5.2 元素分析78
• 5.3 吸附分析78-80
• 5.4 电化学分析80-83
• 5.4.1 恒流充放电80-81
• 5.4.2 循环伏安曲线81
• 5.4.3 交流阻抗与比电容81-83
• 5.5 本章小结83
• 参考文献83-84
• 第六章 结论84-86
• 致谢86-88
• 研究成果及发表的学术论文88-90
• 作者及导师简介90-91
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书91-92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑子樵;张纬斌;;组织结构对电容铝箔腐蚀形貌和比电容的影响[J];中南矿冶学院学报;1983年01期

2 陈义庆,何业东,张巍;预热处理和纳米氧化铝膜对低压铝箔化成比电容的影响[J];金属热处理;2005年09期

3 孟庆函,李开喜,凌立成;过渡金属负载对活性炭电极比电容的影响[J];兵器材料科学与工程;2003年05期

4 张纬斌;韩德伟;王云辉;于锋;罗继民;谭雪成;;微量元素、织构和位错对低压(16V)电容器用阳极箔比电容的影响[J];中南矿冶学院学报;1982年01期

5 樊剑章;崔青霞;石伟;周佳盼;米红宇;;原位沉淀-焙烧法制备NiO/P-CNT复合材料及其电容性质[J];功能材料;2013年19期

6 严丽;;提高纯铝电子负极箔材比电容的工艺研究[J];黑龙江冶金;1995年03期

7 邵艳群;娄长影;林星星;唐电;;热处理对Ir_xO_y-SnO_2/Ti电极电容稳定性的影响[J];材料热处理学报;2014年01期

8 王明豪,王者生,马士太;电容器用含铈铝箔比电容的研究[J];稀土;1985年04期

9 崔祺;张伟斌;;高纯电容铝箔中残留杂质化合物的研究[J];中南矿冶学院学报;1986年03期

10 段日瑚,潘更生;微量元素镉对高压电容铝箔比电容的影响[J];有色矿冶;1987年04期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 叶江海;梁逵;崔翠微;刘勇刚;杨乐之;;复合活化制备高体积比电容多孔炭[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

2 张银玲;霍启升;刘云凌;;具有高比电容的多孔碳材料的合成[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

3 黄庆华;王先友;李俊;;氢氧化镍负载对活性炭电极比电容的影响[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年

4 倪向颖;范磊;郭荣;;NiO@SnO_2复合材料的制备及其电化学性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会：胶体与界面[C];2014年

5 赵亚萍;朱航悦;刘彩虹;蔡再生;;纤维基柔性电极材料的原位制备及其电容行为[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会：能源纳米科学与技术[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘旌江;氯化钙活化生物质废弃物高效制备高比电容多级孔杂原子掺杂碳[D];华南理工大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 龚雪飞;镍钴二元系赝电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];浙江大学;2015年

2 赵雯琦;三维多孔碳纳米管海绵复合材料的可控制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 李瑾瑜;聚苯胺纳米纤维及其炭化物性能研究[D];重庆交通大学;2015年

4 张飞飞;铝电解电容器高压阳极箔腐蚀工艺的优化[D];山东农业大学;2015年

5 任坚理;石墨烯/氨基蒽醌复合电极材料的制备与性能研究[D];东华大学;2016年

6 刘良宝;钼酸镍/钴及其复合物的合成与赝电容性质的研究[D];吉林大学;2016年

7 董盟阳;聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/碳材料复合电极材料的制备及性能的研究[D];东华大学;2016年

8 祁鹏;二氧化锰及其复合材料的制备与电化学性能研究[D];上海应用技术大学;2016年

9 冯琬茹;生物质基碳复合电极材料的制备及其超电容性能的研究[D];西南科技大学;2016年

10 华惠;镍钴基硫化物电极材料的制备、表征及其超电容性能[D];安徽工业大学;2016年

，

本文编号：1026835