基于纳米氧化物负载炭气凝胶空心球电极材料的研究

本项目针对电容器负极材料，以炭气凝胶空心球为载体，从炭空心球的形成及氧化物纳米颗粒的可控复合开展研究。采用反相悬浮法制备炭气凝胶空心微球，利用原位复合方式诱导阴极材料(SnO2)在炭气凝胶空心球壳层网络结构中形核并生长。.通过调控酚醛树脂的缩聚反应参数及影响Sn4+水解控制因素，结合FTIR、NMR等设计和表征炭复合空心球前驱体的分子结构；通过TEM、SEM、XPS等化学分析方法研究氧化物纳米颗粒在炭气凝胶空间网络结构中的分布、结合状态、及微观结构形成规律；研究有机高分子基团的化学转化，金属阳离子与有机官能团之间的作用机制，以及无机纳米颗粒原位生长的微观结构及性能控制规律。.本项目提出了制备炭气凝胶/氧化物复合空心球材料的新思路。为氧化物功能材料与炭气凝胶材料的复合和炭气凝胶空心球的可控制备提供了新途径，对提高电容器负极材料的综合性能和应用具有重要意义。

本项目针对RF炭基负极材料展开研究。探讨了RF炭气凝胶结构控制因素，及本体材料的电化学特性。以间苯二酚(R)-甲醛(F)为炭前驱体及模板，采用反相悬浮法制备了炭空心微球验证了以RF为前驱体制备空心微纳米材料的结构可控性。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM、HRTEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附等分析手段，系统研究了材料微观组织结构，分析了结构形成机理。.研究结果表明，RF前驱体溶液的初始pH值、催化剂和表面活性剂类型是获得RF炭空心球结构，“碗状”结构和胶囊等结构的重要反应参数。分析了不同形态的RF炭微球的形成机制，研究了RF炭微球的电学性能。电化学分析结果表明，以Na2CO3为催化剂所制备的RF炭微球电极材料具有理想的电容行为，循环伏安性能稳定、可逆，适用于大电流下充放电。以K2CO3为催化剂制备的RF炭胶囊作为锂离子电池阴极材料，充放电、循环特性测试结果表明，其初始放电电容量可达1059mAh/g，且电性能稳定，循环效率可达99%，是理想的锂离子电池负极材料。.同时，以炭气凝胶为载体，将SnO2纳米颗粒以原位生长的方式掺杂到RF炭气凝胶空间网络结构当中，制备了SnO2/炭气凝胶复合阴极材料。研究结果还包括：采用浸渍方法，通过调整RF聚合反应参数和Sn4+水解过程，将SnCl4成功渗入到炭气凝胶网络结构中，并通过热处理过程形成SnO2/炭气凝胶复合材料，分析了其微结构和电化学特性。最后，本项目采用反相悬浮法成功制备了炭气凝胶空心球材料。.本项目研究结果表明，所制备炭气凝胶空心球材料具有稳定的电化学特性，其氧化物复合空心球结构在锂离子电池负极材料方面具有潜在的应用价值.