综合化学实验的设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 综合化学实验的设计 【摘 要】随着社会发展对创新 型人才的需求，高校教育必须与时俱进， 以适应时代发展。综合化学实验作为工 科专业开设的提高本科生创新能力的实 验课之一，如何设计创新性、贴近生活 的化学实验对提高教学效果、培养学生 创新能力、分析、解决、总结问题的能 力具有重要作用。本文通过具体实验 “氮掺杂生物质基三维多孔碳材料的制 备及电化学性能的研究” 的设计及方案 的提出、实验数据处理、结果分析和讨 论培养学生实践动手能力及综合创新能 力。 中国论文网 /1/view-12949178.htm 【关键词】综合化学实验；创新 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 能力；教学改革 多孔炭是一种多孔性含碳材料， 具有发达的孔结构、巨大的比表面积被 广泛应用于环保、储能等领域。制备多 孔炭的原料主要为煤炭原料、石油原料 等，成本较高，而农副产品具有一定的 碳含量，廉价易得，是一类优良的多孔 炭生产原料。因此本实验即以价廉易得 的玉米芯为原料、通过化学方法合成氮 掺杂三位多孔炭，并将其用于超级电容 器电极材料。 1.实验部分 1.1 主要试剂与仪器 试剂：玉米芯、KOH（分析纯） 、 KHCO3（分析纯） 、尿素 仪器：分析天平、烘箱、马弗炉、 压片机、数控超声波清洗器、电化学工 作站等。 1.2 氮掺杂三维多孔碳材料的制 备 活化剂 KHCO3 和 KOH 质量比 例为 1：1 氮掺杂三维多孔碳的制备过 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 程如下：称取质量为 5g 的玉米芯，按 玉米芯、活化剂、尿素质量比（g/g/g） 为 1：4：2、1：4：3、1：4：4、1：5：3 、1：3：3 称取相应的活化剂和尿素， 加入蒸馏水，将玉米芯、活化剂和尿素 在坩埚内混合均匀后浸渍 14 h，随后放 入马弗炉中升温至 800 活化反应 60 min 后，将坩埚取出自然冷却至室温， 用蒸馏水和稀盐酸洗涤至中性，烘干后 得产品。用于后续电化学性能测试。按 照如上步骤，制备活化剂 KHCO3 和 KOH 质量比例为 2：1，3：1 得到产品。 1.3 电极材料的制备及电化学性 能测试 将所得样品：乙炔黑：聚四氟乙 烯（60 % PTFE 乳液）= 8：1：1 的质 量比混合，乙醇作为溶剂，超声处理 30 min 后在烘干，压成 8-10 个薄片，直径 为 13 mm，质量约 5 mg，然后压在泡 沫镍的表面。电极片置于 6 M KOH 溶 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 液浸泡 24 h 后组装电池。测试前静置 24 h，测试电压为 0 -1 V，扫描速度为 20500 mV s-1 进行循环伏安和充放电 测试。 2.结果与讨论 将测得的数据采用 origin 作图进 行结果分析，锻炼学生软件利用能力。 图 1-1（a ）为玉米芯：活化剂 （KHCO3：KOH=1：1）：尿素 =1：4：4 得到产品的循环伏安曲线图， 扫速为 500 mV/s 时 CV 曲线保持良好 的矩形，表明其双电层电容特性较好。 图 1-1（ b）为不同原料质量比得到样品 的比电容随扫速变化曲线。从图中可以 看出，质量比为 1：4：4 的碳材料组装 的电容器具有较大的比电容。在扫速为 5 和 500 mV/s 时，其根据循环伏安曲 线算出的比电容为 184.48 和 128.1 F/g，容量保持率为 69.4 %。因此活化 剂质量比例为 1：1 时，原料质量比例 1：4：4 的产品具有相对更好的电化学 性能。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 图 1-2（a ）为玉米芯：活化剂 （KHCO3：KOH=2：1）：尿素质量比 1：3：3 得到产品的循环伏安曲线图。 图 1-2（ b）表示的是不同原料质量比例 得到样品的比电容随扫速变化曲线，从 图中可以看出，质量比为 1：3：3 的碳 材料具有较大的比电容。在扫速为 5 和 500 mV/s 的比电容分别为 214.8 和 143.3 F/g，容量保持率为 66.7 %。因此 活化剂质量比例为 2：1 时，原料质量 比例 1：3：3 的样品具有相对更好的电 化学性能。 图 1-3（a ）为玉米芯：活化剂 （KHCO3：KOH=3：1）：尿素 =1：3：3 的样品在不同扫速的循环伏 安图，扫速为 5 和 500 mV/s 的比电容 为 127.9 和 81.6 F/g，容量保持率为 63.7 %。图 1-3（b）表示的是不同原料 质量比例得到样品的比电容随扫速变化 曲线，可以看出这组材料电化学性能相 对较好的。综上，活化剂质量比例为 3：1 时，原料质量比例 1：3：3 得到的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 样品具有更好的电化学性能。 综上，活化剂质量比例为 2：1， 原料质量比例 1：3：3 的产品具有更好 的电化学性能，其在扫速为 5 和 500 mV/s 时，由循环伏安测试计算出的比 电容分别为 214.8 和 143.3 F/g，容量保 持率为 66.7 %。 图 1-4（a ）是玉米芯：活化剂 （KHCO3：KOH=2：1）：尿素 =1：3：3 质量比得到样品的恒流充放 电曲线，在电流密度为 0.5 A/g 时，比 电容为 138 F/g。图 1-4（b）该材料组 装的电容器比电容随电流密度变化图， 随着电流密度的增大，比电容逐渐变小。 3.结论 本实验采用生物质玉米芯，制备 出了具有一定比容量且性能稳定的超级 电容器电极材料。电化学测试表明玉米 芯、活化剂（KHCO3：KOH=2：1） 、 尿素质量比为 1：3：3 制备出的氮掺杂 三维多孔碳材料组装的电容器