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目前,由于经济发展、人口迅速增长,全球能源消耗日益严重,电化学电容器(Electrochemical capacitors,EC)因其高功率密度,长循环寿命等特点引起人们广泛关注。聚丙烯腈基活性炭纤维(Polyacrylonitrile-based activated carbon fibers,PAN-based ACFs)由于其化学稳定性好、电导率高、环境相容性好等优点成为用于EC优异的电极材料。“活性”/可控自由基聚合(“Living”/controlled radical polymerization,LRP)技术弥补了传统自由基聚合的不足,可制备预测分子量(Molecular weight,Mn),较窄分子量分布(Polydispersity index,PDI)的PAN,更有利于其后期的应用。基于有机金属盐调控PAN的LRP由于操作简单,原料廉价易得等优点具有良好的应用前景。根据聚合机理,可将LRP反应归纳为:可逆终止(Reversible transfer,RT)和退行性链转移(Degenerative chain transfer,DT)。本论文以该聚合方法合成了Mn可控、PDI较窄的PAN,将其静电纺丝后,经过预氧化、直接活化后处理,制备EC电极材料。通过凝胶渗透色谱仪(GPC)测定聚合物的Mn与PDI,核磁共振光谱(1H NMR)表征PAN链末端活性,高、低真空扫描电镜(SEM)表征PAN纤维的外貌形态,转靶X射线衍射粉末多晶仪(XRD)表征纤维结晶形态,比表面分析仪(ASAP 2020N)测定PAN-based ACFs比表面积(Surface area,SA),电化学工作站(CHI 660C)测定EC的电化学性能。实验内容具体如下:1.选用丙烯腈(AN)为单体,乙酰丙酮亚钴(Co(acac)2)为调控剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在60 oC下引发合成PAN。实验证实该聚合反应线性关系良好;Mn随着单体转化率(Conversion,Conv.)增大而增大,PDI较窄(1.26~1.52)。静电纺丝制备PAN纤维,经过预氧化、KOH直接活化后制得PAN-based ACFs。通过电镜观测PAN-based ACFs直径细长而均匀,约为350 nm;XRD表明其为一种无定型碳材料;当活化温度(600 oC)与活化时间(1.5 h)相同时,浸渍比(聚丙烯腈预氧丝:KOH)1:2时,PAN-based ACFs的SA高达982 m2/g。以6 M KOH溶液作为电解液,测试了EC的电化学性能。结果表明:在扫描速度为5 mV/s,最大比电容为125 F/g;500次恒流充放电(Galvanostatic charge/discharge,GV)后电化学稳定性较好。2.研究以乙酰丙酮亚铁(Fe(acac)2)为调控剂,DMF为溶剂,AIBN引发AN在60 oC条件下聚合行为。结果显示,反应呈现较好的线性特征;Mn随着单体Conv.升高而变大,PDI在1.40~1.64;通过1H NMR分析,PAN链末端成功接上乙酰丙酮基。综上分析该反应具有LRP聚合特征。采用氢氧化钠(NaOH)直接活化法制备PAN-based ACFs,浸渍比(PAN:NaOH)分别为1:1、1:2、1:4。SEM观测发现PAN-based ACFs直径分布均匀,约为300nm;XRD测试表明随着活化倍率升高其结晶形态较弱,是一种无定型碳材料;SA分析测试表明活化倍率升高,SA越大,最大为1165 m2/g。电化学测试表明,在循环伏安(Cyclic voltammetry,CV)测试中,EC呈现类矩形结构,最大比电容为167 F/g;经过500次GV后,电化学稳定性较好。3.以Fe(acac)2为调控剂,DMF为溶剂,在40 oC条件下,偶氮二异庚腈(V-65)引发AN聚合。该实验表明聚合反应呈现良好的一级动力学线性关系;聚合物的Mn随着单体Conv.的升高而变大,PDI较窄(1.48~1.60)。体现了该反应的“活性”/可控特征。将PAN纺丝、预氧化后,Na OH直接活化法制备PAN-based ACFs。SEM观测表明纤维细长均匀,直径分布在300 nm;XRD测试表明该材料是无定型碳材料;SA分析测试表明随着活化倍率的升高,SA可高达1305 m2/g。测试结果表明,在扫描速度为20 mV/s,最大比电容为200 F/g。经过500 GV后,电化学稳定性较好。