碳纳米管电化特性及去离子电容应用研究.doc

碳纳米管电化学特性及去离子电容应用研究【摘要】：人类进入二十一世纪以来，面临着能源紧缺和环境污染的挑战。人们希望科技的进步有助于解决这些困难。纳米科技的出现使得人们有希望得到新的高效储能系统和水净化解决方案。其中碳纳米管的电化学特性在这方面有着独特的应用。碳纳米管具有导电性好、比表面积大和独特的孔结构等优点，这使得它可以作为新型储能元件——超级电容器的电极材料；同时其电容性能又可以延伸应用于电容去离子净化水系统当中，电容吸附去离子水，电容去离子技术具有成本低廉、绿色环保、节省能源、简单易用等优点。对其研究、开发和推广，无疑对防止水体污染，保护人民健康和发展经济具有重要的现实意义。本文系统地研究了低温低压化学气相沉积制备的大面积制备的碳纳米管薄膜的电化学电容特性，重点研究碳纳米管电容特性在水处理上的应用——电容去离子。主要研究结果如下：1．低温低压化学气相沉积方法是一种新颖的制备碳纳米管薄膜电极的方法，该方法具有成本低、可以大面积生长等优点。本论文采用这种方法制备碳纳米管薄膜，应用在超级电容器电极和电容去离子装置的电极材料。2．采用循环伏安法和交流阻抗谱测试了碳纳米管薄膜的电容特性：在1M硫酸溶液中，碳纳米管薄膜表现出较好的超级电容特性，比电容达到143F／g；交流阻抗谱测试表明碳纳米管薄膜具有典型的赝电容特性。采用多种分析手段，分析了产生赝电容特性的原因，将其归结为碳纳米管薄膜表面中含有含氧官能团(羰基)的缘故。3．研究了碳纳米管薄膜电极的电容去离子行为：(1)碳纳米管薄膜的孔结构主要由中孔和部分大孔组成，微孔很少，适合电容去离子的应用。(2)适合电容去离子研究的碳纳米管薄膜生长的最佳条件为：碳源(乙炔)流量：30～50sccm；氢气流量：2000sccm；温度：500～550℃；反应时间：30～60分钟。碳纳米管薄膜在制备态下就具有较好的电容去离子特性，无需进行后处理，如等离子体刻蚀处理和空气退火。(3)器件结构对电容去离子的影响很大。电极对数增加，会提高电容去离子能力。电极间距越小，电容去离子性能越好。(4)在最佳的生长条件和器件结构下，不同工作条件对电容去离子也有很大的影响：电极电压越高，除盐率越高；存在一个最佳流速，此时除盐率最高。(5)碳纳米管薄膜电极电容去离子过程的吸附等温线符合Langmuir吸附等【关键词】：碳纳米管薄膜超级电容器电容去离子化学气相沉积 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2006 【分类号】：TB383.1 【目录】：论文摘要5-7ABSTRACT7-11第一章引言11-27§1．1碳纳米管的电化学性能综述11-16§1．2电容去离子研究概况16-21§1．3本论文研究的意义和内容21-25参考文献25-27第二章碳纳米管薄膜电极的制备与表征27-39§2．1低压化学气相沉积制备碳纳米管薄膜27-30§2．2碳纳米管薄膜的表征30-32§2．3电化学方法制备金属催化剂薄膜32-37§2．4本章小结37参考文献37-39第三章碳纳米管薄膜的电容特性39-51§3．1超级电容器的基本原理和测试方法39-43§3．2碳纳米管薄膜电极的电容特性43-49§3．3本章小结49-50参考文献50-51第四章碳纳米管电容去离子的研究51-81§4．1测试装置和实验方法51-57§4．2碳纳米管薄膜的孔结构分析57-60§4．3碳纳米管形貌、结构与电容去离子性能的关系60-67§4．4电容去离子器件结构与电容去离子性能的关系67-70§4．5电容去离子器件工作条件与电容去离子性能的关系70-74§4．6碳纳米管电容去离子的吸附等温线74-76§4．7离子特性与电容去离子性能的关系76-78§4．8本章小结78-80参考文献80-81第五章碳纳米管电容去离子的机理探讨81-93§5．1碳纳米管电容去离子过程的交流阻抗谱分析81-84§5．2碳纳米管表面双电层电容的分析84-90§5．3本章小结90-92参考文献92-93第六章全文总结与展望93-96§6．1论文总结93-94§6．2论文展望94-96附录一：攻读博士期间发表的论文96-98附录二：攻读博士期间申请的专利98-99致谢99 本论文购买请联系页眉网站。