开题报告(参考版).doc

附件2 本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名： * 导师姓名、职称： *副教授 所属学院： 材料科学与工程 专业班级： *班 设计（论文）题目：* 201* 年 * 月 * 日 开题报告填写要求1开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写。2开题报告内容填写后，应及时打印提交指导教师审阅。3“设计的目的及意义”至少800汉字（外语至少500字），“基本内容和技术方案”至少400汉字（外语至少200字）。进度安排应尽可能详细。4指导教师意见：学生的调研是否充分？基本内容和技术方案是否已明确？是否已经具备开始设计（论文）的条件？能否达到预期的目标？是否同意进入设计（论文）阶段？撰写内容要求（可加页）： 1 目的及意义（含国内外的研究现状分析） 随着人类生活水平的提高，能源问题也日益凸显了出来，不可再生能源的消耗殆尽，环境问题的严重恶化，都使得研发出新型高效可持续的能源供应体系成为科研领域的重中之重1,2。人们已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法3。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。 超级电容器是一种新型储能器件，它相比于传统电容器和电池具有功率密度高、充电时间快、循环寿命长、循环效率高等优势4，电极材料是超级电容器的重要组成部分，研究开发高性能、低成本的电极材料一直是超级电容器研究工作的重要内容。 碳材料具有各种存在形式以及丰富的维度，在电化学领域特别是能量的储存方面具有十分广阔的应用前景5，引起了各国研究人员的广泛关注。多孔碳材料因其具有可调控的微观组织结构、表面易功能化、高导电性、高导热性和不同的形态等优点，加上环保及成本低廉6,7，使得其在作为超级电容器的材料方面有着巨大优势，是目前超级电容器常用的碳基电极材料。增加碳电极材料电容的常用方法主要是制备小孔径高比表面积的碳材料，特别是近年来多孔碳中高度有序的介孔碳（OMCs）。有序介孔碳具有有序规则的孔道结构、在介孔尺度内可控的孔径、较大的比表面积与孔隙率、较好的热稳定性与化学稳定性、较低电子转移电阻、较大的吸附能力、较好的化学惰性，在催化、吸附、分离、电极材料、医药载体、主客体化学等多领域有着广泛的应用前景8,9，但单一的介孔碳材料能量密度低、电化学性能差，为了改善这个缺点，研究人员试图利用多种组分共修饰介孔碳以获得更高的电化学活性及其他性能。 相关研究表明，杂原子（N、B、S、P等）掺杂能够显著改变碳元素的结构从而改善其电化学性能10。其中，氮元素与碳元素相邻，原子半径相近，较易置换晶格中的碳原子，形成氮掺杂碳材料，由于氮原子比碳原子多一个核外电子，掺杂后能为介孔碳提供一个具有高电子亲和力的自由电子作为载流子，使氮掺杂碳材料中毗邻N原子的碳原子拥有很高的正电荷密度，从而使得氮掺杂碳材料具有很高的电化学性能以及催化性能，使介孔碳材料的电容性能得到提高11,12,13。Kyung等制备出掺杂量为3.2 wt%的氮掺杂介孔碳材料NC-RFHT，电化学测试其比电容高达185 F/g，大大高于未掺杂氮原子的介孔碳材料C-RFHT，表现出良好的应用前景14。 为了进一步提高超级电容器的电化学性能，将过渡金属氧化物作为客体材料，使其填充在介孔碳材料的孔道中，由于负载在孔道中的过渡金属氧化物与有序介孔碳的孔壁形成新的异质界面结构，使得该界面上产生电荷迁移从而达到改善介孔碳材料的电化学性能的目的15,16。其中，三氧化钼作为重要的氧化物，能够有效提高超级电容器的能量密度和比电容，且其在有机溶剂中溶解度小，极化程度低，所以它同时也在电化学显色材料和电催化领域发挥了重要作用，是近年来科学家们研究的重点17。 本课题采用有序介孔碳材料作为主体，在其丰富的纳米级孔道中引入钼氧化物，并用氮进行功能化共修饰，以改善材料的电化学性能，以促进新型储能材料的进一步发展。氮/钼氧化物共修饰碳材料具有独特的机械、电子、储能等特性，使得其在电池、催化、生物传感器方面具有诱人前景。本课题将采用超声浸渍法及化学气相沉积法制备氮/钼氧化物共修饰介孔碳复合材料，并通过各种技术手段对其形貌和性能进行表征。2研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2.1 基本内容 材料制备：以钼氧化物为客体材料，制备钼氧化物修饰介孔碳复合材料；通过气相沉积法对复合材料进行氮掺杂；材料表征：对氮/钼氧化物共修饰介孔碳复合材料进行结构表征和电化学性能测试，通过XRD、N2吸/脱附、TEM、SEM、XPS、红外等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析，并采用循环伏安(CV)、恒流充放电(ET)等电化学测试技术对其电容性能进行了系统评估。2.2 研究目标1、掌握钼氧化物修饰介孔碳复合材料的制备方法；2、采用结构分析与性能表征技术，分析氮/钼氧化物共修饰介孔碳复合材料的结构与电化学性能的关系；3、提出提高复合材料电化学性能的有效方案。2.3 技术方案 1、采用超声浸渍法制备钼氧化物修饰介孔碳复合材料。将0.2 g CMK-3加入到乙醇和水的混合溶液中（10 ml水+10 ml乙醇），在室温下搅拌均匀，加入0.736 g 10 wt%钼酸铵水溶液后，超声处理15 min，再在60 -65 条件下使用旋转蒸发仪搅拌2 h以上，再在室温下搅拌至溶液完全蒸发，得到20 wt%钼含量的复合材料20Mo/C。改变相应试剂用量，重复以上方法，依次制备30Mo/C和40Mo/C。其中，30Mo/C和40Mo/C加入的钼酸铵水溶液质量分别为1.104 g、1.472 g。 2、通过化学气相沉积法对复合材料进行氮掺杂。使该复合材料在700-900 下与氮气混合，均匀的送到反应室的高温基板上，通过一系列的化学反应制得氮/钼氧化物共修饰的介孔碳材料。 3、通过XRD、N2吸/脱附、TEM、SEM、XPS、红外等表征手段对复合材料的物相，微观结构及元素构成进行分析。3进度安排 第*周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。第*周：按照设计方案，制备氮/钼氧化物共修饰介孔碳复合材料。第*周：采用XRD、FE-SEM、TG-DSC、CV等测试技术对复合材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。第*周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。第15周：准备毕业论文答辩。4阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）1 Qunying Liang, Hong Su, Jing Yan. N-doped mesoporous carbon as a bifunctional material for oxygen reduction reaction and supercapacitors J. Chinese Journal of Catalysis, 2014, 35: 10781083.2 Cathie Vix-Guterl, Elzbieta Frackowia, Krzysztof Jurewicz . Electrochemical energy storage in ordered porous carbon materialsJ. Carbon, 2005, 43: 1293-1302.3江奇, 张伯兰. 电化学超级电容器电极材料的研究进展. 无机材料学报, 2002, 17(4): 469-656. 4赵家昌. 超级电容器中中孔炭电极材料的制备及其性能研究: 中国科学院博士学位论文. 上海: 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 2006, 9-10.5 Yoon J L, Ji C J, Sun young P. Preparation and performance of cobalt-doped carbon aerogel for supercapacitorJ. Korean J Chem Eng, 2011, 28(2): 492-496.6王彦鹏. 电化学超级电容器复合电极材料的制备与研究. 西北师范大学硕士学位论文. 兰州: 西北师范大学研究生院, 2007 , 3-5.7张阳, 李建玲, 韩桂梅. 有序介孔炭的合成及电容性能研究J. 电子元件与材料, 2010, 3: 57-61.8 Chandra V, Yu S U, Kim S H. Highly selective CO2 capture on N-doped carbon produced by chemical activation of functionalized grapheme sheetsJ. Chem. Commun, 2012, 48(5): 735-737.9李述中, 李超, 徐甲强. 氮化碳材料的研究进展J. 河南师范大学学报, 2006, 34(1): 67-70.10湛春林, 张建, 王锐. 氮掺杂多壁纳米碳管的合成和定量表征J. 催化学报, 2010, 31 (8): 948-951.11Bo X, Guo L. Ordered mesoporous boron-doped carbons as metal-free electrocatalysts for the oxygen reduction reaction in alkaline solutionJ. PCCP, 2013, 15(7): 2459-2465.12余正发, 王旭珍, 刘宁. N掺杂多孔碳材料研究进展J. 化工进展 2013, 32(4): 824-831.13司维江, 周晋, 邢伟. 孔径渐变的有序介孔炭的合成及电化学应用J. 无机化学学报, 2010, 26 (10): 1844-1850.14Wu Z, Lv Y, Xia Y. Ordered mesoporous platinumgraphitic carbon embedded nanophase as a highly active, stable, and methanol-tolerant oxygen reduction electrocatalystJ. JAmChem Soc,