多孔纳米材料

多孔材料及其应用报告人：雷拓一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备三、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提纲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，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。定义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，称之为通气性材料，更合适的名称应为多孔泡沫材料，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、海绵和珊瑚等。千百年来，这些天然的多孔材料被人们广泛利用。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，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。相对连续介质材料而言,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、隔音、隔热、渗透性好等优点。机械性能的改变(航空航天、汽车)对机械波及机械振动的传播性能的改变（隔音）对光电性能改变（新型光电子元件）选择渗透性（特殊过滤装置）选择吸附性（高效气体或液体分离膜）应用一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备三、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提纲活化法（物理，化学）催化活化法聚合物混合炭化法有机凝胶炭化法（超临界CO2）模板法（硬模板，软模板）多孔炭制备一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备三、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提纲超级电容器以及电极材料分类双电层电容器（EDLC）法拉第准电容器混合类型电容器碳素材料：成功商业化，性价比高。金属氧化物材料：RuO2为主，导电性好，比容量大，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。杂多酸：具有固体电解质的优点，使用方便。能量存储装置比较元器件比能量Wh/kg比功率W/kg充放电次数普通电容器0.2104~106106超级电容器0.2~20.0102~104105充电电池20~200500104超级电容器应用背景优良的脉冲充放性能大容量储能性能比能量大于2.5Wh/kg比功率大于500W/kg循环寿命长（105次）环境适应性强无记忆效应免维护对环境无污染高功率军事装备的激发器军用坦克、卡车瞬间启动数据记忆存储系统系统主板备用电源电动玩具车主电源太阳能电池辅助电池通讯设施、计算机备用电源电动汽车电源碳基超级电容器(EDLC)原理25.0CVEVtIC一、多孔材料定义、性质及应用二、多孔炭的制备三、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提纲本实验选用的两种离子液体322813.68.4蒸汽压接近零，没有气味，消除VOCs良好的热稳定性和化学稳定性，可操作温度范围宽（-40～300℃）；在高温下使用，可与燃料电池的使用温度耦合宽的电化学稳定电位窗口阴、阳离子没有溶剂化层离子液体电解质粘度大，比传统的有机电解液高1~3个数量级优点:缺点:dACor2CV21E硬模板法制备有序介孔碳炭化HFSBA-15碳源/SBA-15C/SBA-15OMC碳源蔗糖硫酸HILee,etal.Adv.Mater.,2008,20,757-762.有序介孔碳孔径的调变周期性孔结构变化OMCBC5BC25比表面积和孔分布碳表面氧原子含量（XPS）010203040501.52.02.53.03.54.04.55.05.5Oxygencontent(%)wt%B(OH)3循环伏安（5mv/s）EMImBF4EMImTSFI亲水憎水恒流充放电（125mA/g）EMImBF4EMImTSFI碳表面性质对本征比电容值的影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）科学结论在介观尺度的孔道内，碳材料表面的亲、憎水性对离子液体的浸润和扩散起决定性的作用。（而不是孔径的大小）。Thanksforyourkindattention!