双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备

1、Article物理化学学报 (Wuli Huaxue Xuebao Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28(6,1525-1532June Received:November 9, 2011; Revised:March 23, 2012; Published on Web:March 27, 2012. The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20773004and National Key Basic Research Program of Chin

2、a (973(2011CB808702.国家自然科学基金 (20773004和国家重点基础研究发展规划项目 (973(2011CB808702资助 Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB201203271双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备王羽董会耿 靓隗罡朱月香 谢有畅(北京大学化学与分子工程学院 , 分子动态与稳态结构国家重点实验室 , 北京分子科学国家实验室 , 北京 100871 摘要 :以廉价的 -氧化铝为模板制备薄壁中孔碳材料 , 且可在制备过程中方便地对碳材料的孔结构、 微孔率等参数进行调控

3、 . 以原位聚合的酚醛树脂为碳源取代蔗糖 , 简化了制备流程 . 制得的碳材料不仅可以较好地复制 氧化铝模板的孔结构 , 且比表面积比以蔗糖为碳源的样品显著提高 . 在此基础上 , 选用模板堆积孔径与模板自 身直径差异较大的长棒状氧化铝为模板 , 成功地以一种模板、 经过一次聚合 -碳化过程制备出了具有双峰孔分 布 (PSD结构的薄壁碳材料 , 两个峰分别位于 4nm 附近的较小中孔区和 13nm 附近的较大中孔区 . 此外 , 所得 碳材料的比表面积 (>1800m 2·g -1 和孔容 (>4.5cm 3·g -1 均很高 , 而微孔率却较低 , 具有优异的

4、中孔特性 . 将所得 碳材料用作电化学电容器的电极 , 电容可达 200F ·g -1, 且当电流密度从 0.1A ·g -1升至 1.0A ·g -1时 , 比电容仅衰减 10%,表现出良好的电容性能 . 关键词 :中孔碳材料 ; 薄壁 ; 可控制备 ; 双峰孔分布 ; 酚醛树脂 ; 电化学电容器中图分类号 :O646Facile Synthesis of Bimodal Mesoporous Carbon with Thin Pore WallsWANG YuDONG HuiGENG LiangYU GangZHU Yue-Xiang *XIE You-Cha

5、ng(Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, State Key Laboratory for Structural Chemistry of Unstable and Stable Species, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, P . R. China Abstract:Mesoporous carbon materials are required for application in va

6、rious areas. In our previous work, we successfully prepared mesoporous carbon with thin pore walls using inexpensive -alumina as a template and sucrose as the carbon source, and proposed a mechanism for the synthetic process. In this work, other carbon source was explored to improve the synthetic pr

7、ocess and obtain a better understanding of the synthetic mechanism. Compared with sucrose, phenolic resin generated in situ as the carbon precursor can form a complete and robust carbon layer on the template surface in one polymerization and carbonization procedure, simplifying the synthetic process

8、. In addition, the specific surface areas of the carbon materials were greatly increased when phenolic resin was used as the carbon precursor. According to the proposed synthetic mechanism, the mesopores of the carbon materials had two sources:the removal of template particles, and the original pore

9、s of the template. When the size of template pores differed significantly from that of the template particles, the obtained carbon materials possessed a bimodal pore size distribution (PSDat about 4and 13nm. In this work, carbon material with a bimodal PSD in the mesopore range was obtained when thi

10、n, rod-like alumina was used as the template. The carbon materials possessed ultra large specific surface area (>1800m 2·g -1 and pore volume (>4.5cm 3·g -1, so they were used as electrodes for electric double-layer capacitors. Cyclic voltammograms were nearly rectangular even at a h

11、igh sweep rate (50mV ·s -1, and the capacitances were relatively high (about200F ·g -1. When the current density was increased from 0.1A ·g -1to 1.0A ·g -1, the decrease in specific capacitance was only 10%.1525Acta Phys. Chim. Sin. 2012V ol.28Key Words:Mesoporous carbon; Thin po

12、re wall; Controllable synthesis; Bimodal pore sizedistribution; Phenolic resin; Electric double-layer capacitor1引 言近年来 , 孔径分布集中在 2-50nm 的中孔 (或 称介孔 碳材料无论在传统还是新兴工业应用领域 均发挥着重要作用 , 1,2被广泛地用作染料等大分子 的吸附剂、 3-5燃料电池和电化学电容器的电极材 料 , 6-9并在许多重要的催化反应中用作催化剂载 体 . 10,11随着研究工作的积累 , 对碳材料中不同孔径 孔道的作用也有了更加深入的认识 . 用于染料大分

13、子吸附的介孔材料 , 当孔径比染料分子大小略大 时 , 吸附效果最好 ; 若孔径与染料分子尺寸差别过 大 , 吸附效率反而降低 . 12用作电化学电容器的电极 材料时 , 具有多级孔道结构的碳材料中不同尺寸孔 道的协同作用使得该材料表现出良好的双电层特 性和稳定性 . 13,14此外 , 具有双峰孔径分布的中孔碳 材料相对孔径相似的单一孔分布的碳材料 , 提高了 比表面积和体积利用率 , 在电极材料 15,16和储氢 17等 领域也体现出优势 . 上述应用都提出了可控制备具 有特定孔结构碳材料的要求 .在现有的可控制备中孔碳材料的方法中 , 通过 表面活性剂或嵌段共聚物自组装的有序结构来控 制

14、碳材料孔结构的软模板法所制备的碳材料孔道 排列有序 , 可控性好 , 但孔径的可调节范围有限且 孔壁较厚 . 18以有序中孔氧化硅 (CMK-48、 SBA-15等 为模板同样可以制备出孔道排列规整的中孔 碳 19-22以及双峰孔径分布的有序中孔碳 , 23但模板本 身的制备过程复杂 , 所用原料价格较高 , 不适宜批 量生产 . 而另一种以价格相对较低的胶体氧化硅为 模板制备双峰孔径分布的中孔碳则需要采用两种 模板成孔 . 24在本组的前期工作中 , 25我们以廉价的 -氧化 铝为模板 , 通过控制制备条件得到了一系列高比表 面积、 大孔容、 高中孔率的薄壁碳材料 . 这种中孔碳 材料的孔径

15、分布集中 , 优于其它非有序模板的结 果 , 且孔径可通过选择不同颗粒大小的氧化铝模板 进行调节 . 在后续的工作中 , 11我们对所制得的碳材 料进行磺化 , 用作油酸酯化反应的催化剂 , 其活性 远高于商用树脂催化剂 , 表明这种薄壁中孔碳材料 具有良好的应用前景 . 然而以糖类作碳源虽然对碳 材料织构的可控性好 , 但在实际应用中炭产率低 (<20%,单一的浸渍 -碳化过程得到的碳含量不足以 在模板表面形成完整坚固的碳层 . 为了在控制模板 表面碳层不聚集形成微孔的同时提高碳含量 , 就需 要重复浸渍 -碳化过程 , 这使得制备高碳含量的样品 时工序变得繁琐 , 不易于大批量制备

16、, 限制了这种 碳材料的进一步应用 . 在本文工作中 , 我们采用原 位聚合的高炭产率的酚醛树脂代替糖类用作碳源 , 大大简化了制备流程 . 进而依据模板法可控制备中 孔碳材料的机理 , 25通过单一模板、 经一次聚合 -碳化 制备过程即可得到具有双峰孔径分布的中孔碳材 料 . 并将上述高比表面积的薄壁中孔碳材料用作电 化学电容器的电极 , 初步考察了其电化学性能 .2实验部分2.1薄壁中孔碳材料的制备本 文 中 所 用 到 的 氧 化 铝 模 板 均 为 化 学 纯 -Al 2O 3, 分别标记为 A-I(SBA150,Engelhard 公司 、 A-II(由购自中国铝业山东分公司的拟薄水

17、铝石经 550°C焙烧得到 、 A-III(由购自山西铝厂的拟薄水 铝石经 550°C焙烧得到 、 A-IV(由购自中国石化股 份有限公司长岭分公司的铝干胶经 550°C焙烧得 到 . 上述模板在使用前于 800°C焙烧 4h.对于不同氧化铝模板 , 依据模板的比表面积 , 分别称取质量为 0.80、 0.90、 0.95、 1.00g 的间苯二酚 (国药集团化学试剂有限公司 , 分析纯 与相应氧化 铝模板 A-(I-IV 各 5.00g 充分混合研磨 . 在茄形瓶 中加入上述混合物和糠醛 (国药集团化学试剂有限 公司 , 分析纯 , 其中糠醛与间苯二酚

18、的摩尔比为 3.0, 以均三甲苯为溶剂、 乙二胺为催化剂 , 90°C持 续搅拌下聚合 3h 后 , 减压过滤 , 用乙醇洗涤 . 于 130°C烘干后 , 通 N 2(流速 20mL ·min -1 碳化 , 以 10°C·min -1的速率将炉温升至 800°C,并保持 3h, 降至室温后即得到碳 /氧化铝复合物 (carboncov-ered alumina, CCA, 命名为 CC-x -PR, 其中 x 代表所 用模板的标记 , PR 表示碳源为酚醛树脂 . 将上述碳 /氧化物复合物用 HF 溶解并洗涤烘干后即得相应的 碳材

19、料 , 命名为 C-CC-x -PR.2.2材料表征与性能测试77K 时 的 N 2吸 附 -脱 附 表 征 是 在 美 国 Micromeritics 公司 ASAP2010C 型物理和化学吸附 联合仪上进行的 . 在 77K 温度下 , 以静态法测量脱1526王 羽等 :双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备 No.6附处理后样品的吸附 -脱附等温线 . 采用 Barrett-Joyner-Halenda(BJH模型 , 由吸附 -脱附等温线中分 压较低段的数据利用 Brunauer-Emmett-Teller(BET公式计算出样品的比表面积 ; 由吸附 -脱附等温线中 脱附支分压较高段的数据利用

20、 Kelvin 公式得出样 品的孔径分布曲线 , 总孔容 (V total 由 p /p 0在 0.995处的 吸附测得 ; 微孔孔容 (V micro 、 外表面积 (S ext 和微孔比 表面积 (S micro 由 t -plot 方法得出 .差热 -热重分析是在美国 Thermal Analysis 公司 DSC2010型差示扫描量热仪上进行的 , 采用 -Al 2O 3为参比 , 以 10°C·min -1升温至一定温度 , 所通气体 为空气 , 流速 100mL ·min -1, 得到样品的失重曲线和 差示扫描量热 (DSC曲线以分析样品的碳含量 .

21、样品形貌分析是在日本 Hitachi 公司的 Hitachi-9000型透射电子显微镜上进行 , 电压为 100kV . 估算碳层数 (N 由以下方法计算 :假设氧化铝 表面的碳紧密、 均匀排列 , 即以单层石墨烯的形式 存在 , 则可利用公式 (125计算单位质量氧化铝表面 上单层石墨烯的质量 (m g , g ·g -1.m g = (1将 m g 转化为质量分数后 , 就得到石墨烯 /氧化铝复合 物的碳含量 (w g , %,即在理想情况下 , CCA 中的碳 以石墨烯单层的形式完整包覆氧化铝表面时所需 的碳含量 . 将实验测得的 CCA 碳含量 w C 与相应的 w g 相除

22、 , 就算得这些 CCA 样品中碳层相当于石墨烯 的层数 , 即估算碳层数 (N .电化学测试采用三电极系统 . 将待测碳样品、 导电炭黑、 聚偏氟乙烯按 8:1:1的质量比混合 , 加入 N -甲基己胺酰胺制成浆料涂于载体泡沫镍上 , 烘干 压片后制成工作电极 . 参比电极采用 Hg/HgO电极 , 镍片为对电极 , 电解液为质量分数为 30%的 KOH 溶 液 . 循环伏安特性测试在上海辰华公司的 CHI650C 型电化学工作站上进行 , 扫描电位范围 -1-0V . 恒 流充放电测试在武汉金诺电子有限公司生产的 Land 电 池 测 试 系 统 上 进 行 充 放 电 , 电 位 范 围

23、 为 0.1-0.9V . 电容 (C 由以下公式 8计算 :C =I t (2其中 , I 为放电电流 , t 为放电时间 , 为电位差 .3结果与讨论3.1以酚醛树脂制备薄壁中孔碳材料图 1(I-III A 给出了分别以 A-(I-III 为模板、 以酚醛树脂为碳源制备碳材料的氮吸附 -脱附等温 线 , 其结果与以蔗糖为碳源制备的碳样品 25相近 . 图 中的氮吸附 -脱附等温线均在较高相对压力 (p /p 0 区 呈现明显的滞后环 , 属于典型的 IV 型吸附等温线 , 表明所得碳材料的孔径均位于中孔范围内 . 分别对 比同一模板体系中以不同碳源制备的样品 , 以酚醛1以氧化铝 A-I

24、-III 为模板、 酚醛树脂为碳源制备的碳材料 (C-CCA的氮吸附 -脱附等温线 (I-III A 和孔径分布曲线 (I-III B Fig.1Nitrogen sorption isotherms (I-III A and pore size distributions (I-III B of C-CCA samples, prepared using alumina A-I -III as templates and phenol resin as carbon precursorThe vertical dotted lines in Fig.1(I-III B denote the

25、most probable pore sizes of the alumina templates.1527Acta Phys. Chim. Sin. 2012V ol.28树脂作碳源制备的样品 (C-CCA-x -PR, x =I,II, III, 下 文叙述中简称 “树脂碳” 的氮吸附 -脱附等温线比相 应以蔗糖为碳源制备的样品 (简称 “蔗糖碳” 在 p / p 0<0.2的低 p /p 0区的拐点处的吸附量要多 , 吸附等 温线在此处的拐点指示单分子层的饱和吸附量 , 这 就意味着树脂碳样品比相应蔗糖碳样品的比表面 积要大 . 图 1(I-III B 中 , 垂直横坐标的虚线标示

26、出 相应氧化铝模板的最可几孔径位置 , 图中树脂碳样 品的孔径分布曲线的最可几孔径位置及分布峰的 形态均与模板 25接近 , 表明以酚醛树脂为碳源制备 的碳材料仍保持了模板的孔结构 , 骨架并未坍塌 . 进一步对比表 1中的前体 CCA 的碳含量 w C 和估算 碳层数 N 可知 , 树脂碳的结果与相应的蔗糖碳一致 , 表明以酚醛树脂为碳源制备的碳材料同样具有碳 层薄的特征 .从表 1中碳材料的织构信息可以得出 , 树脂碳 具有优异的织构性能 , 其比表面积高达 1600-1800 m 2·g -1, 比相应蔗糖碳高 40%-50%,也远高于文献 中以相同种类树脂为碳源制备的炭气凝胶

27、 26和以直 径 20-30nm 胶体氧化硅为模板制备的中孔碳 27(比 表面积约为 700-1100m 2·g -1. 树脂碳的微孔率约为 2%-3%,虽然与相应蔗糖碳相比略增加 , 但也不比 文献报道的相同碳源得到的样品的微孔率 (约为 1%-14%高 .图 2为 氧 化 铝 模 板 A-I 、 A-II 及 相 应 树 脂 碳 C-CCA-I-PR 和 C-CCA-II-PR 的 TEM 图 , 因 模 板 A-II 与 A-III 相近 , 故仅以 A-II 为代表 . 如图 2(A、 B 所示 , 模板 A-I 、 A-II 均由氧化铝纳米颗粒堆积而成 , 其中 A-II

28、模板的颗粒较均匀 , 粒径约为 6-7nm, A-I 模板的粒径比 A-II 略大 . 如图 2(C,D 所示 , 所制备 的树脂碳样品的形貌与蔗糖碳 25相似 , 具有蓬松的 多孔结构 , 孔的排列无序 , 但分布较均匀 , 孔径属于 中孔范围 . 从图中碳材料堆积的边缘位置 , 还可以 清楚地观测到薄层的碳壳结构 .由上述表征结果可以看出 , 以酚醛树脂为碳源 也成功制备出了高比表面积、 大孔容、 高中孔率的 薄壁碳材料 . 将本文碳材料的制备方法和表征结果 与文献 25相比较 , 即可得出以酚醛树脂为碳源相对 于蔗糖等糖类碳源 , 其优势在于 :(1大大简化制备 流 程 , 以 A-II

29、 体 系 为 例 , 为 使 CCA 碳 含 量 达 到 17.1%,以蔗糖为碳源需要经过 3次浸渍 -碳化过程 , 步骤繁琐 , 而以酚醛树脂为碳源仅需 1次聚合 -碳化表 1以氧化铝 A-I -IV 为模板、 酚醛树脂为碳源制得的碳 /氧化铝复合物 (CCA的碳含量 (w C 和估算碳层数以及 相应碳材料的织构性质Table 1Carbon contents (w C and nominal graphene layers of CCAs prepared using alumina A-I -IV as templates and phenol resin as carbon precu

30、rsor and texture properties of corresponding carbons BET ext micro totalV micro :micropore volume, d micropore ratio, calculated by V micro ·100%/V total , e average pore size 图 2氧化铝模板 A-I(A、 A-II(B以及相应以酚醛树脂为碳源制备的中孔碳材料 C-CCA-I-PR(C、C-CCA-II-PR(D的透射电镜 (TEM照片Fig.2Transmission electron microscopy

31、(TEMimages of alumina templates A-I (A,A-II (Band the corresponding carbon samples C-CCA-I-PR (C,C-CCA-II-PR (Dprepared using phenolic resin as carbon precursor1528王 羽等 :双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备No.6过程即可 ; (2与蔗糖相比 , 酚醛树脂炭产率高且重 现性好 , 便于计算投料比 ; (3以蔗糖为碳源 , 糖类在 模板表面的单层分散是一个关键步骤 , 模板选择受 到限制 , 而酚醛树脂在制备时无此步骤 , 适用范围

32、更广 . 然而 , 以蔗糖为碳源的制备流程更为精细 , 对 碳材料的可控性优于酚醛树脂法 . 在实际应用中应 根据不同情况 , 综合考虑多种因素 , 选择适当的碳 源物种和制备流程 .此外需要指出的是 , 文中的估算碳层数 (N 是 比较不同样品碳层厚度的一个相对指标 , 适用于硬 模板体系 , 由理想化模型计算得到 , 不代表碳层的 实际厚度 . 当碳材料复制了模板的孔结构 , N 越小则 碳层越薄 . 另外 , 估算碳层数建立了模板比表面积 与碳 /模板复合物碳含量的半定量关系 , 对于未知模 板 , 仅根据比表面积和所需 N 值 , 即可算得复合物的 大致碳含量 , 进而确定投料比 ,

33、有助于缩小条件探 索范围 , 加快实验进程 . 3.2以细长棒状氧化铝为模板制备双孔径的中孔碳材料 根据先前工作中提出的制备机理 , 25以无序模 板制备的碳材料 , 若碳骨架结构保持了模板的孔结 构 , 则碳材料的孔一部分是模板颗粒堆积形成的孔 (简称 “堆积孔” , 一部分是由溶解模板而产生的孔 (简称 “溶出孔” . 这就意味着当堆积孔与溶出孔的 孔径位置接近时 , 所得碳材料呈现单一孔径分布 峰 , 且与模板孔径分布的峰位和峰形相近 ; 当堆积 孔与溶出孔的孔径有一定差异时 , 所得碳材料的孔 径分布峰将变宽 ; 而当堆积孔与溶出孔差别较大 时 , 则所得碳材料的孔径分布曲线会呈现两个

34、分立 的分布峰 . 在上一节中 , 由于模板 A-(I-III 的堆积孔 与溶出孔的孔径接近 , 制得的碳材料的孔径分布均为单峰 . 若要用一种模板制备出具有不同孔径分布 且孔径差别较大的碳材料 , 则所选用的模板的堆积 孔与溶出孔的差别应较大 . 基于上述理念 , 我们在 本节中选用一种具有长棒状形貌的氧化铝 A-IV 作 为模板来制备中孔碳材料 .如图 3A 的 TEM 表征所示 , A-IV 的形貌与其余 三种氧化铝模板 (图 2(A,B 不同 , 主要是由细长的 纳米棒状氧化铝无序堆积而成 , 多数纳米棒的长径 比大于 10, 电镜下观测有些棒的长度超过 100nm. 这些长棒的直径较

35、均匀 , 约为 3-5nm. 图 4A 中 , A-IV 的氮吸附 -脱附等温线滞后环在 p /p 0接近 1时 仍没有出现明显的平台 , 表明 A-IV 中存在大量较大 的中孔 (20-50nm, 并且可能还有部分大孔 . 孔分布 曲线更直观地表明 , 由于 A-IV 模板主要由细长的氧 化铝纳米长棒无序松散堆积而成 , 孔径在 10-30nm 图 3氧化铝模板 A-IV(A以及相应以酚醛树脂为碳源制备 的中孔碳材料 C-CCA-IV-PR(B的电镜照片Fig.3TEM images of alumina template A-IV (Aand the corresponding carbo

36、n sample C-CCA-IV-PR (Bpreparedusing phenolic resin as carbonprecursor4氧化铝模板 A-IV(A以及相应以酚醛树脂为 碳源制备的中孔碳材料 C-CCA-IV-PR(B的氮吸附 -脱附等温线和孔径分布曲线 (内嵌 Fig.4Nitrogen sorption isotherms and pore size distributions (insertof alumina template A-IV and the corresponding carbon sample C-CCA-IV-PR (Bpreparedusing ph

37、enolic resin as carbon precursorThe vertical dotted line in Fig.4B denotes the most probable pore sizeof the alumina template.15291530 Acta Phys. Chim. Sin. 2012 Vol.28 之 间 存 在 很 宽 的 单 一 分 布, 部 分 孔 径 甚 至 达 到 50-100 nm 的大孔范围, 最可几孔径约为 26 nm, 与 模板长棒直径的差异显著. 图 4B 给出了 C-CCA-IV-PR 的氮吸附脱附等温 线和孔径分布曲线. 其中, C

38、-CCA-IV-PR 的氮吸附脱附等温线在 0.5-0.7 的 p/p0 区出现了一个新的滞 后环, 表明该样品在孔径较小的中孔范围出现了一 个 新 的 孔 径 分 布. 由 内 嵌 的 孔 径 分 布 曲 线 可 得, C-CCA-IV-PR 的孔径分布曲线呈双峰. 其中孔径较 大分布峰仍与 A-IV 模板的峰位接近, 表明碳材料保 持了模板自身的堆积孔. 同时, 曲线在小孔径区域 出现了一个新的分布峰, 最可几孔径约为 4.5 nm. 这 个新分布峰的位置与模板氧化铝长棒的直径吻合, 表明此处的新分布峰来源于氧化铝模板的溶出孔. 表 1 中的织构信息还表明, C-CCA-IV-PR 的比表

39、面 积和孔容均很高, 而微孔率却较低, 具有优异的中 孔特性. 如图 3B 的 TEM 结果所示, C-CCA-IV-PR 也 具有多孔的形貌, 但与图 2 所示的两种碳样品有明 显差别. 3.3 碳材料的电容特性 以薄壁中孔碳材料制成的电极在不同扫速下 的循环伏安测试, 工作电位为-1.0 - 0 V, 将结果换 算为电压-比电容曲线绘于图 5 中, 以 C-CCA-II-PR 为代表, 其余样品与之相似. 在较低的扫描速率下, 样品的循环伏安曲线均呈接近矩形的形状, 即在电 势扫描期间, 当扫描电势的方向改变时, 相应电流 (I=Cv, v 为扫速的方向也几乎立刻改变, 且迅速达 到稳定,

40、 表现出可逆的电容型充放电过程和典型的 双电层特性, 并且当扫描速率增大到 50 mV s-1 时, · 样品的循环伏安曲线仍近似接近矩形. 图 6A 给出了不同碳样品的恒流充放电曲线, 工作电位范围为 0.1-0.9 V. 如图所示, 这些曲线表 现出典型的三角形特征, 电压随时间近似呈线性变 化, 且在多次充放电循环过程中保持不变, 表明这 些样品在充放电过程中不发生电化学反应, 在电极 与电解液界面上以双电层储存电能, 与循环伏安测 试结果一致. 由恒流充放电曲线依照公式(3计算各 样品的放电电容, 并换算成单位质量比电容列于表 2 中. 以酚醛树脂为碳源制备的薄壁中孔碳材料因

41、 其较高的比表面积(>1600 m2·g-1, C 达到 180-200 F g-1, 表现出优异的电容性能. 通常大电流充放电 · 会导致电容器容量下降, 而由表 2 的数据可得, 这些 碳材料在较大电流充放电时仍保持了较高的比电 容, 电流密度从 0.1 A g-1 升至 1.0 A g-1, 比电容的衰 · · 7 减均在 10%左右, 与文献 报道的有序中孔碳材料的 结果一致, 表明这些碳材料具有良好的功率特性, 即在大电流充放电而获得较高功率密度时, 仍保持 由循环伏安曲线得到的 C-CCA-II-PR 在 不同扫描速率下的比电容 C-电

42、压曲线 Fig.5 Specific capacitance C vs voltage profiles of sample C-CCA-II-PR at different scan rates, obtained by cyclic voltammetry 图5 图 6 不同碳样品(A和样品 C-CCA-II-PR 多次循环(B的 恒流充放电曲线 Fig.6 Galvanostatic charge/discharge curves for different carbons (A and charge/discharge circling for C-CCA-II-PR (B curre

43、nt density: 0.1 A g-1; (a C-CCA-I-PR, (b C-CCA-II-PR, · (c C-CCA-III-PR, (d C-CCA-IV-PR No.6 王 羽等: 双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备 1531 Table 2 i/(A g-1 · 0.1 0.2 0.5 1.0 表 2 薄壁中孔碳材料 C-CCA-x-PR (x=I-IV在不同电流密度(i下的比电容(C Specific capacitance (C of the carbon materials C-CCA-x-PR (x=I-IV at different current

44、densities (i C(C-CCA-I-PR/(F g-1 · 183 176 172 163 C(C-CCA-II-PR/(F g-1 · 200 186 184 180 C(C-CCA-III-PR/(F g-1 · 181 173 169 165 C(C-CCA-IV-PR/(F g-1 · 191 189 185 177 将上述以酚醛树脂为碳源制备、 具有高比表面 积的薄壁中孔碳材料用作电化学电容器的电极, 电 容可达 200 F·g-1, 且当电流密度从 0.1 A·g-1 升至 1.0 A g-1 时, 比电容的衰减

45、仅为 10%, 表现出良好的 · 电容性能, 此外, 循环充放电测试也表现出较好的 稳定性. References (1 Liang, C. D.; Li, Z. J.; Dai, S. Angewandte Chemie International Edition 2008, 47, 3696. (2 (3 Lee, J.; Kim, J.; Hyeon, T. Advanced Materials 2006, 18, 2073. Han, S.; Sohn, K.; Hyeon, T. Chemistry of Materials 2000, 12, 3337. (4 Vinu,

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