生物质分子为碳源制备空心结构介孔碳材料及其储能性能研究

结论与展望工作总结介孔碳材料具有高比表面积、大孔体积及良好的导电性等特点，在能源储存与转换器件中具有广泛的应用前景。与此同时，生物质有机小分子因其丰富、廉价、易得、可再生和无毒等特质，被视为极具前景的碳前驱体。本论文基于表面浇铸法，选取多种生物质有机小分子作为碳前驱体，结合不同的二氧化硅模板，成功制备出一系列空心结构的介孔碳材料，并系统考察了其在锂离子电池负极材料中的应用潜力。第三章中，分别对以咖啡酸、肉桂醛、盐酸多巴胺和酪氨酸作为碳前驱体制备而成的空心结构介孔碳材料进行了结构表征和电化学性能测试。经测试，所制得的样品均具有较高的比表面积（~1615m2g-1）和较大的孔体积（~2.13cm3g-1），且呈现出双孔分布（除SCC-2-1-90）。通过氮气物理吸附-脱附测试、小角X射线衍射测试和透射电子显微镜测试，证实了以咖啡酸、盐酸多巴胺和酪氨酸作为碳前驱体制备而成的碳材料均呈现出高度有序的空心介观结构。结合高分辨率透射电子显微镜图、拉曼图谱和广角X射线衍射图谱的结果，可以证实以咖啡酸、盐酸多巴胺和酪氨酸作为碳前驱体制备而成的空心结构介孔碳碳材料具有一定的石墨化程度。随后对以咖啡酸作为碳前驱体制备而成的空心结构介孔碳材料（SCC-1-1-80）进行了电化学性能测试。该材料具有高比表面积（1250‍m2‍g-1）和大孔体积（1.09cm3g-1），且其孔径分布呈双孔分布（3.2nm和5.7nm）。电化学测试结果显示，该材料在0.05Ag-1电流密度下的首次充电比容量和放电比容量分别高达1035mAhg-1和2563mAhg-1，循环9圈后，材料仍保持着约1005mAhg-1的比容量，表现出良好的循环稳定性与可逆性。综上所述，利用生物质有机分子为碳前驱体，结合表面浇铸法制备空心结构介孔碳材料，并应用于锂离子电池负极中是可行且具有前景的策略。生物质小分子的多样性、可再生性与环境友好性为新型高性能介孔碳材料的设计与发展提供了新的思路。工作展望本论文成功地用不同生物质有机小分子作为碳前驱体，并通过不同二氧化硅模板制备出空心结构介孔碳材料，并对其进行了结构表征和电化学性能测试。从目前的实验结果来看，该研究取得了具有一定可行性的成果。但本论文仍存在以下几个问题有待改进与完善：1.干燥方式的改进本论文在合成样品SCC-1-1-80和SCC-2-1-90的过程中，采取的措施是静置干燥（3天），而非快速干燥。快速干燥过程中不断搅拌，有利于有机分子碳前驱体与二氧化硅模板充分混合，快速干燥过程中也可以依靠毛细作用使得有机分子碳前驱体能更好地填充入二氧化硅模板之中。静置干燥可能会存在分层现象，使得填充效果不佳，可能导致合成出的材料性能有所降低。2.对照实验设置不充分本研究中对单一变量（如模板种类或填充体积）尚未开展系统的对照实验，限制了对各因素对材料性能影响的深入理解。后续可在控制其他变量的前提下设置多组体积填充度对照试验，以探究体积填充度对介孔碳材料的结构性质和电化学性能的影响。可在控制其他变量的前提下，利用不同的二氧化硅模板合成介孔碳材料，以探究不同形貌结构的介孔碳材料在结构性质和电化学性能方面的差异。3.杂原子掺杂研究的缺失本论文已涉及含氮与不含氮的生物质前驱体，但并未对N掺杂材料的电化学性能进行系统测试。后续可对N掺杂空心结构介孔碳材料的电化学性能进行测试，探究其电化学