（化学工艺专业论文）热处理前后规则微孔炭电容性能研究.pdf

中文摘要 本论文以研制具有较高比表面积、高化学稳定性和可控孔隙结构电极材料为 目的，通过制备以y 型分子筛为模板的规则微孔炭，全面地研究了这种炭的微 观结构，深入地考察了它在水系电解液中的电化学性能，探讨了它作超级电容器 电极材料的可能性。采用热处理的方法对它进行改性，深入研究了热处理前后的 规则微孔炭的结构变化和电化学性能的改变。 以y 型分子筛为模板，乙炔为碳源，用气相沉积法制备具有规则结构和高 比表面积的多孔炭。所得多孔炭比表面积在3 2 0 0 m 2 g 以上，孔径分布较窄 ( c 一0 等电活性表面官能团，这些表面官能团在 充放电过程中发生法拉第氧化还原反应，产生赝电容，从而提高电极材料的比容。 据文献1 4 3 埘j 报道，使用浓硝酸于8 0 c 对碳纳米管进行1 h 的回流处理后，碳纳米管 保持原有的形貌。但其容量由处理前的7 0 f g 增大到1 2 0 f g 。元素分析表明，碳 纳米管表面官能团的数量有很大幅度的提高；而且循环伏安测试表明，在扫描电 位范围内c v 曲线出现明显的法拉第赝电容。 此外，通过在碳纳米管上复合金属氧化物或导电聚合物引进赝电容增大碳纳 米管电极的比电容也是现今研究的热点。马仁志等将一定量的碳纳米管0 i m o l l 的r u c l3 水溶液混合，搅拌的同时加入一定浓度的n a o h 溶液，反应产物过滤后 于1 5 0 烘干，得到c n t s r u 0 2 x h 2 0 复合电极材料。基于该复合电极材料的超 级电容器在3 8 的h 2 s 0 4 溶液中的比容高达6 0 0 f g ，而且电容器具有良好的功率 特性。j u r e w i c z 等通过催化裂解法制备多壁碳纳米管，加入5 w t 的乙炔黑和1 0 w t 的p v d f 制备成电极片后。采用恒电流氧化的方法。通过严格控制电位在碳纳米 管电极上复合聚吡咯。制备碳纳米管聚吡咯复合电极。在l m o l f l 的h 2 5 0 4 溶液中， 纯碳纳米管电极的比容为5 0 f g ，而复合电极的比容为1 6 3 f g 。而且长时间反复 充放电后基于复合材料的电容器的容量并没有出现明显衰减，同时充放电电压也 得到提高。 随着碳纳米管合成技术的日益成熟，低成本大量合成碳纳米管已经成为可 能，而探索和研究高比表面积碳纳米管的制备工艺和碳纳米管与其他赝电容材料 的复合工艺已成为当务之急。 1 3 模板法制备多孑l 炭的原理 多孔炭材料是在气体和液体的精制、电子能源以及水处理和空气净化等方面 已经得到了广泛的应用1 4 5 - 4 6 】。，特别是在e d l c 研究中，孔隙结构对e d l c 性能影 响非常大，如何制备结构有序、孔径大小均匀的多孔炭材料逐渐称为人们追求的 目标。人们一直在研究和探索各种控制炭材料结构的方法。目前，较常用的方法 有物理和化学活化法1 4 7 - 4 8 】、催化活化法4 9 1 、共混聚合物炭化浏5 0 1 、模板碳化法1 5 1 - 5 5 】 等。实验证明，在所有的方法中，模板活化法被认为是孔结构、尺寸控制最有效 的方法。 模板法是利用作为模板的无机物具有的纳米孔隙结构，采用有机物浸泡、气 1 2 第一章文献综述 相沉积或合成等方法，将有机物均匀置于无机物质孔隙中，再对混合物高温炭化， 利用一定的方法去除模板，即可得到具有模板无机物阿络结构特征的炭材料。因 此，这项技术是通过改变模板纳米空间的太小和形状以及其结构的有序性，使其 中的有机物的炭化过程收到限制，进而控制炭材料的结构的过程，它可以得到完 全规则孔径结构的多孔炭材料瞄】。图1 6 是模板法制备多孔炭的示意图川。如圈 所示，在模板法制备多孔炭材料的过程中，首先将有机物碳撵导八无机模板的孔 隙中得到有机呒机复合物，复合物经聚台、炭化或气相沉积处理得到炭模板的 复合物然后用适宜的化学方法去除模板，即得到结构规则有序的炭材料。 自从美孚石油公司的科学家首先采用有机模板合成介孔氧化硅m 4j s 材料以 来，模板法在多孔材料的合成领域得到了广泛的关注。模板可以分为有机模板和 无机模板。有机模扳经常被用来合成无机材料，例如：表面活性剂经常被用来合 成一些多孔硅胶、氧化物、硫酸盐等；液态晶体模板用来合成中孔的硅酸盐或硅 铝酸盐 5 7 - 5 8 j 等。而各种无机模板被广泛用来合成各种炭材料，例如氧化硅口”、氧 化铝引】、镀银纳米线能够用来合成碳纳米管：硅凝胶、硅溶胶、硅胶晶体、 固一露一躅锣 刍一国一固- - j l 有机呒机 复合物 炭无机炭 复合物 圈】6 模扳法制缶多孔炭的示意图 f i gi - 6 s c h e m eo f t h e t e m p l a t e t e c h n i q u e u s e d t o p r e p a r ep o r o u sc a m 呻s 烧结的氯化钠以及粘土和各种沸石分子筛可以用来合成多孔炭材皋 。一直以来， 使用模板法制备多孔炭存在的主要问题是成本太高，使用的模板材料一般都是人 第一章文献综述 工合成的，即使是天然的多孔材料也是要经过许多工序的处理和加工。因此，想 要降低成本，就要从模板的选择入手。 用模板法制备多孔炭材料常用的碳源一般是甲醛、苯酚、蔗糖、葡萄糖、木 糖、糠醇、丙烯腈、聚合酚醛树脂、甲烷、乙烯、乙炔、丙烯、苯等。 所制的多孔炭的性能和表面化学性质与其结构有关。一般来说，微孔( 孔径 5 0 n m ) 一般 认为对吸附能力无重要性，它们的主要作用是在输送吸附物质起输送孔道和提供 反应或离子缓冲的场所的作用。d a w e iw a n g 6 2 j 等人将这三种孔的优势集合在一 起，制备了三维非周期性分阶段的多孔炭材料。这种炭在水系和有机系电解液中 均表现出了很高的能量密度和功率密度，是优异的电化学电容器电极材料。因此， 结合三种孔的特点，根据用途，可制备所需孔结构的炭材料。 1 4 沸石分子筛模板合成微孑l 炭 分子筛是一种微孔型的具有骨架结构的晶体，它的骨架中有大量的水，一旦 使其失水后，其晶体内部就形成了许许多多大小相同的空穴，空穴之间又有许多 直径相同的孔道相联。脱水的分子筛具有很强的吸附能力，能将比孔径小的物质 的分子通过孔吸到空穴内部，而把比孔径大的物质分子拒于空穴之外，从而把分 子大小不同的物质分开，正因为它具有这筛分分子的能力，所以称为分子筛。 分子筛孔道排列和骨架原子的有序性分析，可将其归为三类【6 3 j ：第一类为微 孔晶体材料，如传统的沸石( y 、p 、l 等) 、a i p 0 4 分子筛等，它们具有规则的 孔道排列和骨架原子有序性，其孔径范围为0 3 n m 1 2 n m 第二类为2 0 世纪9 0 年 代以来新发现的m c m 一4 1 、s b a 1 和s b a 2 等介孔材料，其孔径分布均匀，孔径 在2 n m 5 0 n m 间可调，孔道排列规整有序，但组成其骨架的原子排列无序，如同 无定形硅；第三类如k i t 1 分子筛，具有均匀的孔径分布，孔道排列及组成骨架 的原子排列都是无序的，但这类分子筛具有高于m c m 4 1 的比表面积和热稳定 性。 随着分子筛应用领域的拓宽和炭材料制备方法的丰富，人们发现，用沸石分 子筛为模板合成多孔炭是目前制备具有高度有序炭材料的一种有效方法。因其孔 径范围为0 3 n m 1 2 n m ，以它为模板所合成出的多孔炭材料，以微孑l 为主，具有 良好的有序性结构，孔径分布相对狭窄，比表面积可达2 0 0 0 m 2 儋以上。 1 4 第一章文献综述 1 4 1 沸石分子筛的结构 沸石分子筛基本结构单元是硅氧四面体 s i 0 4 r 和铝氧四面体 a 1 0 4 】5 按一定 的方式连接而形成基本骨架1 6 4 1 。由硅氧四面体和铝氧四面体连接成四元环和六元 环( 其模型结构见图1 7 ) ，再以不同的方式连接成立体的网格状骨架。骨架的 中空部分( 即分子筛的空穴) 称作笼。因此，沸石分子筛具有三维空旷骨架结构。 骨架中由环组成的孔道是沸石的最主要特征。 由于铝是+ 3 价的，所以铝氧四面体中有一个氧原子的负电荷没有得到中和， 这样就使得整个铝氧四面体带有负电荷。为了保持电中性，在铝氧四面体附近必 须有带正电荷的金属阳离子来抵消它的负电荷，在合成分子筛时，金属阳离子一 般为钠离子。钠离子可用其他阳离子交换。 一一 i i 工 _ - - - _ - 硅或铝。氧 图1 7 沸石分子筛的结构单元模拟图 f i g 1 - 7s t r u c t u r em o d e l so f z e l i t es e l v e s 1 4 2 沸石分子筛的种类 人们将胶态s i 0 2 、a 1 2 0 3 与四丙基胺的氢氧化物水溶液于高压釜中加热至 1 0 0 - - - , 2 0 0 ，再将所得的微晶产物在空气中加热至5 0 0 烧掉季胺阳离子中的 c 、h 和n 即转化为铝硅酸盐沸石。这样得到了大量的沸石分子筛品种。 由于其 晶型不同和组成硅铝比的差异而有a 、x 、y 、m 等型号；又根据它1 f i l l 径 第一章文献综述 大小分别叫作3 a 、4 a 、5 a ，1 0 x 等。 1 4 2 1a 型沸石分子筛 a 型沸石分子筛的结构见图1 _ 8 。在立方体的八个顶点被称之为b 笼的小笼所 占据。p 笼的骨架是一个削去全部6 个顶点的八面体，见图1 9 。8 + 1 3 笼围成的中 间的大笼叫做0 l 笼。a 笼由6 个八元环、8 个六元环和1 2 个四元环所构成小于八元环 孔径( 4 2 0p m ) 的外界分子可以通过八元环“窗口”进入0 【笼( 六元环和四元环的孔 径仅为2 2 0p m 和1 4 0p m ，一般分子不能进入1 3 笼) 而被吸附，大于孔径的分子进 不去，只得从晶粒间的空隙通过。于是分子筛就“过大留小”，起到筛分分子的 作用。 图1 - 8a 型沸石分子筛的结构模拟图 f i g 1 8s t r u c t u r em o d e l so fz e l i t es e l v e sa 图1 - 9d 笼的结构模拟图 f i g 1 9s t r u c t u r em o d e l so fpc a g e 1 4 2 2 x 型和y 型沸石分子筛 x 型分子筛和y 型分子筛具有相同的硅( 铝) 氧骨架结构，只是人工合成时使用 了不同的硅铝比例而分别得到了x 型和y 型。 x 型分子筛组成为n a s 6 ( a 1 0 2 ) 8 6 ( s i 0 2 ) 1 0 6 】2 6 4 h 2 0 ，理想的y 型分子筛的晶胞 组成为n a 5 6 ( a 1 0 2 ) 5 6 ( 5 i 0 2 ) 1 3 6 2 6 4 h 2 0 。 x 型分子筛和y 型分子筛的孔穴被叫做八面沸石笼( 图1 10 ) 。八面沸石是相邻 的p 笼之间通过六元环用六个氧桥互相连接起来的结构，即由18 个四元环、4 个六 元环和4 个十二元环组成的二十六面体，笼的平均孔径为1 2 5a m 。 y 型分子筛所含s i a i 比比x 型分子筛大，而硅氧四面体比铝氧四面体稍小， 所以y 型分子筛的晶胞比x 型小，因此热稳定性和耐酸性l l x 型有所增加。 16 第一章文献综述 图1 1 0 八面沸石笼的结构模拟图 f i g 1 - 10s t r u c t u r em o d e l so fo c t a h e d r a lz e l i t ec a g e 1 4 2 3m 型沸石分子筛 m 型分子筛被称作丝光沸石。其晶胞化学式为： n a s ( a 1 0 2 ) 8 ( s i 0 2 ) 4 0 2 4 h 2 0 这种沸石的结构，没有笼而是层状结构。结构中含有大量的五元环，且成 对地联系在一起，每对五元环通过氧桥再与另一对联结。联结处形成四元环。 这种结构单元进一步联结形成层状结构。层中有八元环和十二元环，后者呈椭 圆形，平均直径0 7 4n m ，是丝光沸石的主孔道。这种孔道是一维的，即直通道。 它的孔道截面呈椭圆形，其长轴直径为7 0 0p m ，短轴直径为5 8 0p m ，平均 为6 6 0p m 。实际上，因孔道发生一定程度的扭曲，使孔径降到约4 0 0p m ，孔穴 体积约为0 1 4c m 3 蛋1 。丝光沸石硅铝比例高，故热稳定性好，耐酸性强，可在 高温和强酸性介质中使用。 1 4 2 4 高硅沸石z s m ( z e o l i t es i l i c o nm o b i l ) 型分子筛 这种沸石有一个系列，广泛应用的为z s m 5 ，与之结构相同的有z s m 一8 和z s m 1l ；另一组为z s m 2 1 、z s m 3 5 和z s m 3 8 等。z s m 5 常称为高硅型 沸石，其s i a i 比可高达5 0 以上，z s m 8 可高达1 0 0 ，这组分子筛还显出憎水 的特性。它们的结构单元与丝光沸石相似，由成对的五元环组成，无笼状空腔， 只有通道。z s m 5 有两组交叉的通道，一种为直通的，另一种为之字型相互垂 直，都由十元环形成【6 6 l 。通道呈椭圆形，其窗1 2 1 直径为0 5 5 0 6 0n m 。属于高 硅族的沸石还有全硅型的s i l i c a l i t e 1 ，结构与z s m 。5 一样，s i l i c a l i t e 一2 与z s m - ll 一样。 第一章文献综述 14 25 磷酸铝系分子筛 该系沸石是继6 0 年代y 一型分子筛，7 0 年代z s m 5 型高硅分子筛之后，于 8 0 年代出现的第三代新型分子筛”。包括具有较大孔尺寸的a i p o - 5 ( 01 08 n m ) ，较小孔尺寸的a i p o - 3 4 ( 04i l m ) 以及介于之间的a i p o 1 1 ( 0 6n m ) ， 另外还包括m a p o - n 系列和a i p o 径经s i 化学改性成的s a p o 系列等。 各种沸石分子筛或因骨架、硅铝比不同，或因空隙中的金属离子不同( 如k + 、 n a + 、c a 2 + ) ，性能差别很大。 1 4 3 沸石分子筛模板合成微孔炭的研究进展 到目前为止，人们己尝试使用y 、队l 、z s m - 5 、丝光沸石、a l p 0 4 等微孔 分子筛作模板制各炭材料。由于y 型分子筛的孔径较大，三维孔道结构中具有 】3 n m 的孔笼，组装相对容易，使得以它作模板的研究比较活跃。图1 1 l 为y 型分 子筛作模板制各炭材料的示意图。 “。孔径o 7 4 “喁n 径：13 n m 蕊 晶 y 型分子筛炭，v 型分子筛的复台物炭 图i - li 型分子筛作楼板制备炭材料的示意图 f i 9 1 - 1 1 s c h e m eo f l h e t e m p l a t e y u s e d t o p r e p a r e p o r o u s g l r b o n $ 日本东北大学的k y o t a n i 等学者开创了以y 型沸石作模扳制备新型多孔炭材 料的技术，他们把这种新型的多孔炭材料又称作铸型炭，其突出特征是具有周期 性排列的规则孔道结构、高的b e t 表面积和微孔容积。1 9 9 7 年k y o t a n i 等在前期工 作的基础上，以y 型沸石作模板，丙烯腈和糠醇为碳源。第一次提出用该方法制 各多孔炭不需要任何气体或化学活化，并且证明产品是在沸石通道中台成的，得 到的炭的比表面积为2 0 0 0 m o g 。 随后他们在对台成条件和方法进行改进和优化后，可以制得表面积和微孔体 积分别达到5 】0 0 m 2 g , n 2i c m k 的多孔炭材料_ ，实验中还发现在2 9 8k 和 第一章文献综述 3 5 m p a 的吸附条件下，每克这样的多孔炭可以吸附高达0 2 5 5g 的甲烷，说明这 类新型炭材料作为储能材料具有巨大的潜力；e n z e l 7 0 1 报道了丙烯腈在y 型分子筛 孔道内的聚合和炭化；s u 以n h 4 y 为模板、呋喃甲醇为碳前驱体合成了微孔炭， 并详细考察了炭化温度、炭化速度对微孔炭的比表面积的影响；j o h n s o n 研究了d 和l 型分子筛孔道内酚醛树脂的聚合和炭化。 值得提起的是，k y o t a n i 研究小组在微孔炭的模板合成方面取得了很大进 展，他们分别以y 、1 3 、l 、丝光沸石、z s m 5 等为模板制备了微孔炭，并对它们 的规整性进行了研究，结果发现以n a y 为模板制备的微孔炭几乎全由微孔组成且 具有长程有序性【7 。而用别的分子筛合成的微孔炭的规整度差，且6 l 丝光沸 石 z s m 5 。他们认为微孔炭的规整度与所用分子筛孔道的形状与尺寸有关，为 了得到高度规整度的微孔炭，所用模板应具有较大尺寸( 大于0 6 n m ) 的三维孔道。 9 0 年代末期，两个韩国研究小组分别用中孔硅分子筛为模板成功的获得了具有规 则结构的中孔炭，并证明他们的方法对于控制生成中孔炭是非常有效的【7 2 。乃j 。 近年来国内不少研究者也加入到模板法制备各种炭材料的研究, j 亍y l j w a n g l 7 4 】 等用糠醇的乙二醇溶液作为炭前躯体合成出平均孔径控制在0 0 0 8 - - 5 u m 之间的 中孔炭材料，他们发现改变混合溶液中糠醇的含量对中孔炭材料的孔径大小和形 貌等都产生影响，认为微孔的产生是溶剂乙二醇存在的结果，并非热解过程的影 响。s h i 7 5 - 7 6 等研究者利用硅石作为基质，苯乙烯和- - 7 , 烯基苯的混合物作为炭 前驱体，经聚合、炭化，成功地合成出碳含量1 5 的炭膜覆盖硅石；利用蔗糖作 为碳源，经浸渍和复合物炭化处理后用氢氧化钠溶液溶解模板硅石，最终得到产 品炭的孔结构主要是由6 0n m 左右的中孔组成，b e t 比表面积为8 9 0 m 2 g 。此外， 研究者们在模板法制备碳纳米管等方面也做了很多工作，如w a n g 将三聚丙烯引 入沸石单晶的孔道内制备出了孔径为0 4 n m 的单壁碳纳米管，l i 【7 列等大量合成了 定向的碳纳米管。 这种模板法制备的结构规则的新型多孔炭材料不仅在传统的活性炭应用领 域如吸附体现出较好的性能，而且在一些新兴领域如超级电容器、催化剂载体等 方面具有很大应用潜力。 1 5 课题的提出及主要研究内容 超级电容器是2 0 世纪末发展起来的性能介于传统电容器和电池之间的一种 新型储能装置，具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、工作 温度范围宽、安全、无污染等特点，在电动汽车、存储器、微型计算机、航天航 空等领域有着广泛的应用前景。 1 9 第一章文献综述 多孔炭材料是碳基超级电容器的核心。它的储能机制是电荷储存在电极和电 解液界面之间所形成的双电层中，依靠静电荷储存能量。目前，研究最多的炭材 料有活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶、碳纳米管等。为满足多种应用需求，需要 开发具有较高比表面积、化学稳定性和可控的孔隙结构的电极材料。根据其结构 特点，模板法制备的多孔炭结构规则、尺寸可控，是一种非常有潜力的超级电容 器的电极材料。 本文旨在研究模板法制备的规则微孔炭作为超级电容器用电极材料的可行 性，研究规则模板炭的结构及其双电层电容性能，并对它的实用化潜力进行探讨。 主要内容如下： ( 1 ) 规则微孔炭结构的确认：通过x r d 、t e m 、s e m 等分析手段，对规则 微孔炭的孔结构和表面微结构进行表征，从而确认规则微孑l 炭的结构。 ( 2 ) 规则微孔炭的电容特性：通过在水系电解液中进行电化学测试，了解这 种新型炭电极材料的充放电特性、电容性能和循环性能。 ( 3 ) 热处理后规则微孔炭的结构及电容性能研究：用高温热处理的方法对规 则微孔炭进行热处理改性，研究规则微孔炭的结构变化和电化学性能的改变，探 讨热处理后的微孔炭实用化的可行性。 第二章规则微孔炭的制各及热处理改性 第二章规则结构微孔炭的制备及热处理改性 2 1 实验部分 2 1 1 原料 本研究中制备的微孔炭是通过以y 型沸石分子筛为模板，乙炔气为碳源， 不需要任何气体或化学活化，在沸石孔道中生成的。本实验原理简单，易于操 作。实验中用到的原料为乙炔气。 2 1 2 化学试剂 表2 1 给出了实验过程中使用的试剂名称、规格及生产单位。 表2 1 化学试剂的纯度和产地 试剂名称化学式 纯度备注 2 1 3 主要的实验仪器和设备 实验中所用到的主要实验仪器和设备见表2 2 。 表2 2 主要仪器和设备 t a b l e 2 - 2e q u i p m e n t sa n di s s t r u m e n t s 试剂名称型号或规格备注 第二章规则微孔炭的制备及热处理改性 2 1 4 规则微孔炭的制备 本实验采用化学气相沉积法制备规则微孔炭。具体操作步骤如下： ( 1 ) 称取一定量的y 型沸石分子筛，将其放入加热反应器中。 ( 2 ) 将装有沸石分子筛的加热反应器放入管式炉中，调节氮气流量为 1 5 0 m l m i n ，在氮气氛中以升温速率为5 m i n 升温至7 0 0 。然后按氮气与乙 炔气8 5 ：1 5 的体积比，调节氮气和乙炔气流量分别为1 2 7 5m l m i n 、2 2 5m l m i n ， 在7 0 0 保持1 小时。过后，停止通入乙炔气，在流量为1 5 0 m l m i n 氮气氛中 以升温速率为5 m i n 升温至9 0 0 进行高温炭化，恒温3 小时后以5 。c m i n 降 至室温。 ( 3 ) 将得到的模板炭复合物用质量分数为4 6 的h f 酸洗6 个小时( 氢氟 酸和复合物的质量比约为2 0 0 ：1 ) 。 ( 4 ) 酸洗后，减压过滤并用大量的水洗干净后，将所得物放入真空干燥箱内 干燥8 个小时，得到所需的规则微孔炭。 上述实验过程可用图2 1 所示的简要实验流程图来描述。 第二章规则微孔炭的制备及热处理改性 将模板置入乙炔气体高温炭化 加热炉c v d( 9 0 0 ，3 h ) 规则微孔炭过滤、洗涤、模板去除 干燥( h f ) 图2 一l 模板法制备规则微孔炭的实验流程图 f i g 2 - ls c h e m a t i ce x p e r i m e n t a lp r o c e s sf l o wc h a r tf o rp r e p a r a t i o no f o r d e r e dm i c r o p o r o u s c a r b o ni nt h et e m p l a t em e t h o d 2 1 5 规则微孔炭的热处理改性 将得到的微孔炭( 记为p f a ) 放入真空管式高温烧结炉中，在氮气的保护 下，以59 c m i n 的速度从室温分别升温至终温7 5 0 ( 2 、1 2 0 0 ( 2 、1 4 0 0 ，然后 分别在该温度下恒温两小时，再以5 。c m i n 的速度冷却到室温，得到的样品分 别记p f a 7 5 0 、p f a l 2 0 0 、p f a l 4 0 0 。 2 2 结构表征手段 2 2 1 比表面积和子l 结构 研究炭材料孔隙结构最普遍的方法是气体吸附法，即测定一定温度下气体压 力与吸附量关系，得到吸附等温线。吸附等温线的形状因孔径及孔隙形状的不同 而不同。作为探针的吸附分子( 吸附质) 包括苯、氮气、水蒸汽和氦气等，一般 采用液氮温度下的氮气吸附法： 本实验使用日本产的b e l m i n i 气体吸附分析仪，以液氮为吸附质，在7 7 k 低温下测定吸附等温线，由b e t 方程得到比表面积。 第二章规则微孔炭的制各及热处理改性 2 2 2x 射线衍射( x i m ) 分析 实验中使用日本理学r i g a k ud m a x2 5 0 0 v p c 型x 射线衍射仪上对样品进行 微观结构分析。测试使用c u k a l p h a 靶，2 - - - o 1 5 4 0 5 6 n m 的单色器，管电压为 4 0 k v ，电流2 0 m a ，扫描速度2 。m i n ，扫描角度范围2 0 为3 0 一1 0 0 。之间。 2 2 3 透射电子显微镜( t e m ) 分析 高分辨透射电子显微镜可以对材料的局部微观结构进行有效的表征。实验 中采用用荷兰p h i l i p s 公司生产的t e c n a ig 2f 2 0 型t e m 对中间相粉末炭材料的 微观结构进行表征。样品先用无水乙醇在超声波下充分振荡分散，然后用涂有 炭膜的小铜网捞起一些颗粒样品用于测试。观察样品过程中，t e m 的加速电压 为2 0 0 k v 。 2 2 4 扫描电子显微镜( s e m ) 观察 扫描电子显微镜( s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y , s e m ) 是观察和研究物质微 观形貌的重要工具。其成像原理是电子束在加速电压的作用下经磁透镜汇聚成直 径为5 n m 或者更细的电子束，在扫描线圈的控制下电子束对样品表面进行光栅 状扫描。电子束与样品作用所产生的二次电子信息经检测器收集、放大、调制从 而获得样品的放大像，即s e m 图片。利用扫描电子显微镜观察分析粉状样品的 形态、表面形貌特征。实验中采用p h i l i px l3 0 型扫描电子显微镜进行观察。在 进行形态和表面观察前样品粉末先分散于乙醇中，用超声波振荡器振荡后滴于载 波片上，干燥后在p h i l i px l3 0 型扫描电子显微镜下观察。 2 2 5 光电子能谱( x p s ) 分析 光电子能谱( x p s