K2CO3活化糖蜜基多孔炭的制备及双电层储能性能

doi:10.7503/cjcu20160817

高等学校化学学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (3): 341.doi: 10.7503/cjcu20160817

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K₂CO₃活化糖蜜基多孔炭的制备及双电层储能性能

高烨^1,³, 庞丽云², 曹礼媛², 王威², 郭玉鹏², 赵纯¹()

1. 吉林大学电子科学与工程学院, 2. 化学学院, 长春 130012
3. 长春师范大学化学学院, 长春 130032

收稿日期:2016-11-21 出版日期:2017-03-10 发布日期:2017-02-22
作者简介:联系人简介: 赵纯, 男, 博士, 教授, 主要从事导电聚合物和无机纳米复合薄膜制备研究. E-mail: zchun@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: J1103302)和长春师范大学自然科学基金资助.

Application in Electric Double Layer Capacitor of Porous Carbon Derived from Potassium Carbonate Activated Molasses^†

GAO Ye^1,³, PANG Liyun², CAO Liyuan², WANG Wei², GUO Yupeng^2,^*, ZHAO Chun^1,^*()

1. College of Electronic Science and Engineering, 2. College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, China
3. College of Chemistry, Changchun Normal University, Changchun 130032, China

Received:2016-11-21 Online:2017-03-10 Published:2017-02-22
Contact: GUO Yupeng,ZHAO Chun E-mail:zchun@jlu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.J1103302) and the Natural Science Foundation of Changchun Normal University, China.

摘要/Abstract

摘要：

以生物质糖蜜为原料, K₂CO₃为活化剂制备了糖蜜基多孔炭. K₂CO₃的使用改善了传统活化剂KOH对设备腐蚀的问题, 避免了传统活化剂ZnCl₂可能引发的致毒性. 分析了活化条件对产率的影响. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附分析(BET)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了糖蜜基多孔炭, 结果表明其为石墨化层堆结构, 表面富含羟基、羧基、酯基或醚基等官能团, 具有丰富的孔结构, 比表面积可达1219 m²/g, 并证实了800 ℃为最佳的活化温度. 电化学测试结果表明, 糖蜜基多孔炭具有优良的双电层储能性能.

关键词: 糖蜜, 碳酸钾, 活化, 多孔炭

Abstract:

A facile method for the synthesis of porous carbon from molasses with K₂CO₃ as the activator(KPCs) was present. Effects of different conditions on the yield of KPCs were analyzed. The samples were characterized with scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction(XRD), N₂ adsorption-desorption analysis and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR). The results show that the KPCs have graphitized layer stack structure, and have surface functional groups of hydroxyl, carboxyl, ester and ether group. Also, the KPCs have porous structure and their specific surface area is up to 1219 m²/g. The optimized activation temperature was 800 ℃. The porous carbon based molasses will be an ideal electric double layer capacitors material in the field of energy storage.

Key words: Molasses, Potassium carbonate, Activation, Porous carbon

TrendMD:

高烨, 庞丽云, 曹礼媛, 王威, 郭玉鹏, 赵纯. K₂CO₃活化糖蜜基多孔炭的制备及双电层储能性能. 高等学校化学学报, 2017, 38(3): 341.

GAO Ye, PANG Liyun, CAO Liyuan, WANG Wei, GUO Yupeng, ZHAO Chun. Application in Electric Double Layer Capacitor of Porous Carbon Derived from Potassium Carbonate Activated Molasses^†. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(3): 341.

图/表 8

Fig.1 Effects of hydrothermal temperature(A) and hydrothermal time(B) on the yield of HC

Fig.2 Effects of activation temperature(A), activation time(B) and mass ratio of K2CO3 to HC(C) on the yield of KPCs

Fig.3 SEM images of KPC/800/1/3∶1(A), KPC/850/1/3∶1(B) and KPC/900/1/3∶1(C)

Fig.4 XRD patterns(A) and FTIR spectra(B) of KPC/800/1/1∶1(a), KPC/800/1/2∶1(b), KPC/800/1/3∶1(c), KPC/800/1/4∶1(d) and KPC/800/1/5∶1(e)

Fig.5 N2 adsorption/desorption isotherms(A) and DFT pore size distribution curve(B) of KPC/800/1/3∶1

Table 1 Textural characteristics and the specific capacity of KPCs*

Sample	S_BET/(m²·g^-1)	V_t/(cm³·g^-1)	D_ave/nm	V_mic/(cm³·g^-1)	S_mic/(m²·g^-1)	S_ext/(m²·g^-1)
KPC/800/1/1∶1	1084	0.54	20.0	0.31	688	396
KPC/800/1/2∶1	1096	0.55	20.2	0.32	693	402
KPC/800/1/3∶1	1219	0.59	20.4	0.37	807	412

Fig.6 CV curves of the KPCs(A), galvanostatic charge/discharge curves of the KPCs(B) and cycling stability of KPC/800/1/3∶1(C)

Table 2 Specific capacitance(F/g) of KPCs from galvanostatic charge/discharge curves under different activation conditions

Sample	5 A/g	4 A/g	3 A/g	2 A/g	1 A/g
KPC/800/1/1∶1	57.5	30.9	52.0	83.6	106.2
KPC/800/1/2∶1	74.3	34.1	57.6	107.4	121.5
KPC/800/1/3∶1	79.2	51.7	74.1	121.6	159.9
KPC/800/1/4∶1	83.6	49.4	70.4	119.9	139.2
KPC/800/1/5∶1	80.8	46.6	63.23	112.0	136.3

参考文献 18

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	(Ed.:F, K, M)

K₂CO₃活化糖蜜基多孔炭的制备及双电层储能性能

Application in Electric Double Layer Capacitor of Porous Carbon Derived from Potassium Carbonate Activated Molasses^†

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