催化剂活化法和有机凝胶碳化法，红宝石电容电极制备和性能测试

模板法制备有序介孔炭有序介孔炭(Ordered Mesoporous Carbon, OMC)材料由于其结构、形貌、组分上的多样性以及不仅具有高的比表面积、大的孔容和均一的孔径分布特点，还具有很好的热稳定性，良好的导电性，高的机械强度和良好的化学惰性等特点，是有望取代活性炭和碳纤维的红宝石电容材料。介孔炭的合成方法包括有机凝胶碳化法、催化剂活化法和模板法。红宝石电容催化剂活化法是指利用金属或者金属化合物对碳物质或者碳前驱体进行催化气化，得到多孔的碳材料。有机凝胶碳化法是指将溶胶—凝胶法制备的有机凝胶进行碳化，从而得到介孔炭材料。催化剂活化法和有机凝胶碳化法都存在共同的缺点，得到的介孔炭的孔道结构、尺寸和孔径分布无法精确控制，而模板法由于能够精确控制孔径尺寸及其分布，并且能够合成出具有规整孔道结构的介孔炭材料，红宝石电容近年来被广泛应用于有序介孔炭的制备中， 有序介孔炭的制备称取5.0g的F127溶解在20g去离子水与16g无水乙醇的混合溶液中，在磁力的搅拌下，逐滴缓慢加入0.4g盐酸(37wt%)和3.3g间苯二酚。室温下搅拌2h，溶液变成淡黄色，在磁力的搅拌下逐滴缓慢加入4.9g甲醛溶液(37wt%)，继续搅拌5h。将溶液在暗室中静置72h，有明显的分层。上层为无色透明溶液，下层为乳白色黏稠物。倾出上层清液，85℃烘干下层黏稠物，72h得到淡黄色固体产物。将产物置于管式炉中，在氮气保护下以1℃/min的升温速率从室温升至850℃并保持3h，然后球磨10h，得到介孔炭，电极制备和性能测试将所制得有序介孔炭去离子水反复冲洗，使用全方位行星式球磨机（QM-QX04，南京大学仪器厂）球磨2h。然后将处理的有序介孔炭和石墨按照9:1质量比例混合，用玛瑙研钵研磨60min，使其充分混合，加入无水乙醇调成浆，用超声波振荡30min使其进一步混合均匀，加入适量的聚四氟乙烯作为黏合剂。用辊轧机将电极用12MPa的压力压制到泡沫镍网集流体上，然后切割成1cm×1cm的正方形工作电极片，在80℃下烘干至恒重待用电极材料XRD图谱采用日本Mac M18ce型衍射仪表征，测试环境：Cu α辐射(λ=1.5418?)，扫描速度为10°/min，扫描范围2θ＝5°～90°，管电流为100mA，管电压为40kV。微观形貌的表征采用透射电子显微镜（TEM，Philips Tecnai G220，工作电压为200kV）以及扫描电镜（SEM, JEOL JSM-5600LV，工作电压为15kV）。恒流充放电、循环伏安和交流阻抗特性测试采用三电极体系，其中电解液选取3mol/L的氢氧化钾(KOH)溶液，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂片(Pt)为辅助电极。上述实验均使用CHI608A型电化学工作站（上海辰华仪器公司）进行测试，实验结果与讨论图2-12所示为有序介孔炭的XRD图谱。由图可知，在22.62°和42.96°对应于石墨化结构的(002)和(100)晶面的衍射峰，无杂质峰出现。除了在2θ＝22.62°处有一强峰外，其余的衍射峰强度都较小，半峰宽较大，表明晶化程度较小，研究表明此种材料适合用于红宝石电容材料。图2-13所示为有序介孔炭的SEM图，样品为大小基本相同的颗粒结构，粒径大小约为10μm，有序介孔炭的TEM图。TEM显示碳壁为10nm，呈现有序孔状的结构。