多孔纳米材料

1、多孔材料多孔材料及其应用及其应用报告人：报告人：雷拓雷拓一、多孔材料定义、性质及应用一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备二、多孔炭的制备三、超级电容器性质及原理三、超级电容器性质及原理四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究提纲提纲 多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。面由支柱或平板构成。定义定义 由于该材料最初采用发泡法制备，曾称之为由于该材料最初采用发泡法制备，曾称之为发泡材料，以后发展了渗流等制备法，称之为发泡材料，以后发

2、展了渗流等制备法，称之为通气性材料，更合适的名称应为多孔通气性材料，更合适的名称应为多孔 泡沫材泡沫材料，简称多孔材料或泡沫材料。料，简称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、软木、多孔材料在自然界中普遍存在如木材、软木、海绵和珊瑚等海绵和珊瑚等。千百年来，这些天然的多孔材。千百年来，这些天然的多孔材料被人们广泛利用。料被人们广泛利用。 现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那样发泡。这些新型等材料也能像聚合物那样发泡。这些新型泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其

3、由多收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔孔结构决定的独特的综合性能。结构决定的独特的综合性能。 相对连续介质材料而言相对连续介质材料而言, 多孔材料一般具有相多孔材料一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点。音、隔热、渗透性好等优点。机械性能的改变机械性能的改变(航空航天、汽车航空航天、汽车)对机械波及机械振动的传播性能的改变对机械波及机械振动的传播性能的改变（隔音）（隔音）对光电性能改变对光电性能改变（新型光电子元件）（新型光电子元件）选择渗透性选择渗透性（特殊过滤装置）（特殊过滤装置）选择吸附性选择吸附性（高效气

4、体或液体分离膜）（高效气体或液体分离膜）应用应用一、多孔材料定义、性质及应用一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备二、多孔炭的制备三、超级电容器性质及原理三、超级电容器性质及原理四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究提纲提纲活化法（物理，化学）活化法（物理，化学）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机凝胶炭化法（超临界有机凝胶炭化法（超临界CO2）模板法（硬模板，软模板）模板法（硬模板，软模板）多孔炭制备多孔炭制备一、多孔材料定义、性质及应用一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备二、多孔炭的制备三、超级电容器性质及原理三、超级

5、电容器性质及原理四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究提纲提纲超级电容器以及电极材料分类超级电容器以及电极材料分类w双电层电容器（双电层电容器（EDLC）w法拉第准电容器法拉第准电容器w混合类型电容器混合类型电容器碳素材料：成功商业化，性价比高。碳素材料：成功商业化，性价比高。金属氧化物材料：金属氧化物材料：RuO2为主，为主，导电性好，比容导电性好，比容量大，循环寿命长，价格高，污染。量大，循环寿命长，价格高，污染。导电聚合物材料：工作电压高但电阻大导电聚合物材料：工作电压高但电阻大 。 杂多酸：杂多酸：具有固体电解质的优点，使用方便具有固体电解质的优点

6、，使用方便。能量存储装置比较能量存储装置比较超级电容器应用背景超级电容器应用背景w优良的脉冲充放性能优良的脉冲充放性能w大容量储能性能大容量储能性能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循环寿命长（循环寿命长（105次）次）w环境适应性强环境适应性强w无记忆效应无记忆效应w免维护免维护w对环境无污染对环境无污染w高功率军事装备的激发器高功率军事装备的激发器w军用坦克、卡车瞬间启动军用坦克、卡车瞬间启动w数据记忆存储系统数据记忆存储系统w系统主板备用电源系统主板备用电源w电动玩具车主电源电动玩具车主电源w太阳能电池辅助电池太阳能电池辅助电池w通讯设施、计算机

7、备用电源通讯设施、计算机备用电源w电动汽车电源电动汽车电源碳基超级电容器碳基超级电容器(EDLC)原理原理25 . 0 CVE VtIC一、多孔材料定义、性质及应用一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备二、多孔炭的制备三、超级电容器性质及原理三、超级电容器性质及原理四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究四、有序介孔炭在离子液体中电容特性研究提纲提纲本实验选用的两种离子液体本实验选用的两种离子液体322813.6 8.4w蒸汽压接近零，没有气味，消除VOCsw良好的热稳定性和化学稳定性，可操作温度范围宽（ -40300） ；在高温下使用，可与燃料电池的使用温度耦合w宽的电化学稳定电位窗口w

8、阴、阳离子没有溶剂化层离子液体电解质离子液体电解质n粘度大，比传统的有机电解液高13个数量级 优点优点:缺点缺点:dACor2CV21E硬模板法制备有序介孔碳硬模板法制备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. 有序介孔碳孔径的调变有序介孔碳孔径的调变周期性孔结构变化周期性孔结构变化OMCBC5BC25比表面积和孔分布比表面积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循环伏安（循环伏安（5mv/s）EMImBF4EMImTSFI亲水亲水憎水憎水恒流充放电恒流充放电 （125 mA/g）EMImBF4EMImTSFI碳表面性质对本征比电容值的影碳表面性质对本征比电容值的影响响炭表面氧含量的增加，显著地增加了亲水性离子液体中炭材料的比电容值dACor碳表面性质对速率特性的影响碳表面性质对速率特性的影响EMImBF4EMImTSFI表面亲、憎水性的匹配 孔径的影响碳表面性质对阻抗谱的影响碳表面性质对阻抗谱的影响EMImBF4EMImTSFI在亲水性的离子液体中，硼掺杂改善了介孔碳的频率响应特性和电容特性（相角）