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臭氧处理改性活性炭

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 36次

  臭氧处理改性活性炭储能的应用,目的是评估与臭氧处理相关的能量储存过程中氧掺杂活性炭的物理化学变化与电化学性质之间的相关性。活性炭的化学和电化学性能强烈依赖于表面上的微观结构以及官能团的存在。有几种方法,以便修改所述碳表面掺入其它杂原子(例如,氮,氧,碘)。改变碳结构的一种方法是通过暴露于臭氧而进行氧化。臭氧化的过程中导致增加在氧官能团(羧基,羰基,羟基,内酯,或醚)浓度。

  活性炭的电化学测量

  将改性和未改性的活性炭用作电化学电容器的电极材料。电化学测量使用循环伏安法和电化学阻抗谱(恒电位仪/恒电流仪VMP3,Bio-Logic)进行。所有的电化学研究都是在1 MH与一个世伟系统组装两个和三个电极细胞中进行2 SO 4,1M的Na 2 SO 4,和6M KOH。电极由85重量%的碳,10重量%的聚偏二氟乙烯(Kynar Flex 2801)和5重量%的乙炔黑组成。

臭氧处理改性活性炭

  为了确定臭氧处理后活性炭所产生的结构变化,采用拉曼光谱法对其进行了改性前后的样品进行分析。通过变换红外光谱测定了改性和原料的官能团。通过扫描电子显微镜分析样品的形态。样品以5Kmin -1的速率加热在氩气氛下。通过分析77 K(容积吸附系统)的氮吸附法得到表面积以及多孔结构的变化。改性和未改性活性炭的拉曼光谱如图1a所示。可以看到两个主带,称为D波段和G波段。G和D带对应于sp 2位点。G带是由于两个环和链中所有对sp2原子的键伸展。因此,D波段归因于环中sp 2原子的所谓呼吸模式。因此,D波段对应于石墨烯片缺陷引起的无序碳。

  在酸性,碱性和中性溶液中的两电极电池中研究了改性活性炭的电化学性质。图2示出了在等于10mV s -1的扫描速率下测试材料的循环伏安图(CV)。CV环的形状几乎是矩形,因此可以说被检查材料具有良好的电容性能。所有计算的电容(单个电极的活性质量表示)总结在表1中。基于CV测量,可以得出结论,臭氧化过程增加了电化学电容器的比电容。修改60分钟的活性炭表现,因为它的电容不仅在酸性电解质中增加,而且在碱性和中性电解质中也增加。对于在6M KOH-中操作的电容器观察到的电容:其电容达到123Fg -1。在所有研究的电解质暴露于臭氧120分钟后,比电容降低。尽管在臭氧化时间期间表面积减小,但是观察到电容增加。可以说,氧功能的存在增强了碳表面的润湿性,并改变了电荷存储性能,这与热重分析和FTIR分析结果一致。

臭氧处理改性活性炭的应用

  结果发现臭氧化过程对活性炭的化学和物理性质有很大的影响。改性后,碳材料具有更多的氧和氮功能,导致sp 3中含量更高站点。电化学测量表明,臭氧处理的碳可以被认为是构建电化学电容器的非常有吸引力的材料。活性炭交流和直流的方法显示由于臭氧化过程引起的比电容的增加。基于碳的电容器臭氧化60分钟,性能。此外,对于在6M KOH中操作的电容器观察到的电容。我们假设醌类基团的还原过程在动力学上快得多,并且在基本电解质中的负电位发生。应该注意,负有较高的电容值,这对于用不对称电极构建电化学电容器是非常重要的。

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