Научная статья на тему 'Темплатный синтез мезопористых углеродных материалов для электрохимических конденсаторов '

Темплатный синтез мезопористых углеродных материалов для электрохимических конденсаторов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
1
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
мезопористый углерод / темплатный синтез / пористая структура / удельная электропроводимость / электрохимический конденсатор / mesoporous carbon / template synthesis / porous structure / specific conductivity / electrochemical capacitor

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — В.И. Мандзюк, И.Ф. Mиронюк, В.М. Сачко, И.М. Мыкытын

Исследовано влияние эндотемплата AlOOH на пористую структуру, электропроводимость и электрохимические свойства углеродных материалов, полученных из лактозы. Установлено, что при соотношении C:AlOOH = 1:1 получается углеродный материал, обладающий удельной поверхностью 1707 м2/г и общим объемом пор 1,546 см3/г. Электрохимические конденсаторы, сформированные на основе исследуемых образцов, обладают высокой удельной емкостью (66–170 Ф/г) при разрядном токе 10 мА. Развитая мезопористая структура углеродных материалов, синтезированных темплатным методом, позволяет осуществлять заряд/разряд электрохимических конденсаторов токами до 200 мА, обеспечивая значение удельной емкости 121 Ф/г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — В.И. Мандзюк, И.Ф. Mиронюк, В.М. Сачко, И.М. Мыкытын

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The effect of AlOOH endo-template on the porous structure, electrical conductivity and electrochemical properties of lactose-derived carbon materials was investigated. It was found that a carbon material with specific surface of 1707 m2/g and total pore volume of 1.546 cm3/g could be obtained when the mass ratio of C:AlOOH is 1:1. Electrochemical capacitors, formed on the base of the synthesized samples, have a large range of the specific capacity (66–170 F/g) at a discharge current of 10 mA. The developed mesoporous structure of the carbon materials synthesized via the template method allows charge/discharge electrochemical capacitors at currents up to 200 mA, providing specific capacity of 121 F/g.

Текст научной работы на тему «Темплатный синтез мезопористых углеродных материалов для электрохимических конденсаторов »

гр ___

Темплатныи синтез мезопористых углеродных материалов для электрохимических конденсаторов

*В. И. Мандзюк, И. Ф. Миронюк, В. М. Сачко, И. М. Мыкытын

Прикарпатский национальный университет имени Василия Стефаника, г. Ивано-Франковск, 76018, Украина, e-mail: mandzyuk_yova@ukr.net

Исследовано влияние эндотемплата AlOOH на пористую структуру, электропроводимость и электрохимические свойства углеродных материалов, полученных из лактозы. Установлено, что при соотношении C:AlOOH = 1:1 получается углеродный материал, обладающий удельной поверхностью 1707 м2/г и общим объемом пор 1,546 см3/г. Электрохимические конденсаторы, сформированные на основе исследуемых образцов, обладают высокой удельной емкостью (66-170 Ф/г) при разрядном токе 10 мА. Развитая мезопористая структура углеродных материалов, синтезированных темплатным методом, позволяет осуществлять заряд/разряд электрохимических конденсаторов токами до 200 мА, обеспечивая значение удельной емкости 121 Ф/г.

Ключевые слова: мезопористый углерод, темплатный синтез, пористая структура, удельная электропроводимость, электрохимический конденсатор.

УДК 544.6+661.666 Б01: 10.5281/7епоао.1345708 ВВЕДЕНИЕ

Углеродные материалы (УМ), полученные в результате термодеструкции полимеров или природного сырья (древесины, оболочек фруктовых косточек, отходов пищевых продуктов), нашли широкое применение в современной науке и технике. Они выполняют роль сорбентов, носителей катализаторов, мембран для разделения газовых смесей, электродов гальванических источников тока, электрохимических конденсаторов (ЭК) и т.п. [1-8]. Подобные УМ должны обладать соответствующим распределением пор по размеру (РПР). Для получения желаемого распределения используются методы термической модификации и химической обработки исходного сырья или карбонизированного углерода [6, 9-13], порообразующие агенты [8, 14-17] или темплаты [18-23].

На сегодняшний день для получения пространственно упорядоченных пористых УМ используют методы экзо- и эндотемплати-рования. Первый метод предполагает термоли-тическое разложение углеродного прекурсора в объеме пор неорганических матриц - цеолитов [24-26], кремнеземных молекулярных сит или алюмооксидных мембран [27-30]. Пустоты экзо-темплат в результате карбонизации органического вещества становятся углеродным каркасом, а на месте матрицы, после ее растворения и удаления, возникает свободный объем в виде пор и каналов. Суть эндотемплатного метода заключается в том, что объем углеродного прекурсора наполняют наночастицами неорганического оксидного материала (например, 8Ю2, А1203), а после карбонизации прекурсора их вымывают из

УМ раствором КОН, плавиковой или соляной кислотой [31-33].

Одним из эндотемплатов, которые могут использоваться для коррекции пористой структуры УМ, является мезопористый гидроксид алюминия АЮОН, получаемый в процессе термодеструкции девятиводного нитрата алюминия А1(К03)3-9И20 [34]. Поэтому цель данной работы - получение УМ с использованием эндотемплата АЮОН, выяснение его влияния на пористую структуру, электропроводимость УМ и электрохимические свойства ЭК, сформированных на их основе.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Из кристаллической Б-лактозы (С12Н22Оц) как прекурсора получали уголь при температуре 400°С в течение 30 мин в атмосфере воздуха. Дальнейшая термоокислительная активация угля проводилась при температуре 800°С в течение 30 мин в атмосфере аргона. Данный материал в работе обозначен как образец 1.

Образец 2 (который использовали для сравнения) формировали путем смешивания насыщенного раствора активирующего агента (КОН) и Б-лактозы в соотношении 1:3 и нагревания смеси до жидкой однородной консистенции. После упаривания (100-175°С) и карамелизации (220-230°С) композиционную смесь карбонизировали при температуре 350°С в течение 1 ч. После этого смесь углерода с реагентом нагревали в атмосфере аргона при температуре 800°С в течение 30 мин.

Для осуществления эндотемплатного синтеза УМ Б-лактозу смешивали с девятиводным нитратом алюминия А1(К03)3-9И20 в соотно-

© Мандзюк В.И., Миронюк И.Ф., Сачко В.М., Мыкытын И.М., Электронная обработка материалов, 2018, 54(4), 52-58.

шении З:1 (образец З) и 1:1 (образец 4). После проведения термолитического разложения диса-харидного прекурсора, содержащего в своем составе молекулы нитрата алюминия, образуется композиционный материал С-AlOO^ Данный материал просачивался раствором КОН, сушился и прожаривался при 800oC в течение 40 мин. KAlO2, сформированный в объеме УМ, вымывался водой.

Структурно-адсорбционные характеристики УМ определяли по изотермам

адсорбции/десорбции азота. Измерение величины адсорбции/десорбции азота в зависимости от давления адсорбата проводилось при температуре кипения сжиженного азота (Т = ll К) на автоматическом сорбтометре Quantachrome Autosorb (Nova 2200e). Перед измерениями исследуемые материалы нагревались в вакууме при температуре 180°С в течение 24 часов. Общую удельную поверхность пор (SBET) определяли методом BET [З5], удельную поверхность (SMmpo) и объем (VMmpo) микропор -t-методом [Зб], поверхность (SMe30) и объем (VMe30) мезопор рассчитывали как разницу между общей поверхностью (объемом) пор и микропор. Общий объем пор (V) определяли по количеству адсорбированного азота при давлении p/p0 да 0,99 (где p и p0 - давление пара азота и давление его насыщенного пара при температуре ll К соответственно). Расчет РПР осуществляли NLDFT (nonlocal density functional theory) методом [З7] в приближении щелевидных (образцы 1, 2) и щелевидных/цилиндрических (образцы З, 4) пор. Относительная погрешность определения параметров пористой структуры не превышала 10%.

Для исследования электропроводящих характеристик УМ использовали конденсаторную систему, состоящую из двух медных электродов, между которыми находился исследуемый образец. Импедансные годографы Z'' = f (Z'), где Z ' и Z '' - действительная и мнимая части комплексного сопротивления системы соответственно, получали с использованием амплитудно-частотного анализатора Autolab/FRA-2 (ECO CHEMIE, Нидерланды) в диапазоне частот 10-2-105 Гц. Амплитуда синусоидального напряжения составляла 10 мВ. С учетом геометрических параметров образцов рассчитывались удельные значения сопротивлений, электропроводимости и частотные зависимости электрических параметров согласно уравнениям:

p = p - Jp

(1)

где р' = г Л / й и р'' = г Л / й, А ий- площадь поверхности электрода и толщина образца соответственно. Комплексная удельная проводимость определялась из соотношений:

с'= 1/ p'= с' + jo'' , (2)

где с' = p' / M , o'' = p'' / M , M = |Z* I2 (A/d)2, а

рассчитывалась по

полная проводимость формуле [З8] :

o =

V(0 )2 +(o '')2.

(З)

Относительная погрешность определения электропроводимости УМ не превышала 5%.

Для изготовления электродов симметричного ЭК использовали смесь УМ и токопроводящей добавки (графит KS-15 фирмы Lonza) в массовом соотношении 75:25. Полученные электроды пропитывали электролитом, разделяли сепаратором и помещали в двухэлектродную ячейку типоразмера "2525", после чего ее герметизировали. В качестве электролита использовали 30% водный раствор KOH.

Для исследования электрохимических свойств ЭК с электродами на основе опытных образцов УМ применяли методы гальваностатического циклирования и циклической вольтамперо-метрии. Измерения осуществляли на приборе Autolab (ECO CHEMIE, Нидерланды), укомплектованном программой GPES.

Гальваностатические измерения проводили в диапазоне напряжений 0^1 В, ток заряда/разряда ЭК изменялся в пределах от 10 до 200 мА с шагом 10 мА. Удельную емкость электродного материала ЭК рассчитывали по формуле:

C =-

2 It

(Umax -AU ) m

(4)

где I -разряда;

зарядный/разрядный ток; t - время Umax - максимальное напряжение; AU - падение напряжения при замыкании разрядной цепи; m - масса УМ.

Внутреннее сопротивление ЭК определяли по скачку потенциала после десяти циклов заряда/разряда конденсатора согласно равенству:

R =-

AU 21 '

(5)

Относительная погрешность определения удельной емкости и внутреннего сопротивления не превышала 5%.

Циклические вольтамперограммы ЭК записывали в диапазоне напряжений 0^1 В; скорость сканирования 5 = йи/й составляла 1, 5, 10 и 20 мВ/с.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Необходимую информацию для расчета структурно-морфологических характеристик опытных образцов УМ предоставляют экспериментальные зависимости изменения объема V

1 (кривая 1), 2 (2), 3 (3) и 4 (4). кривой соответствует номеру образца).

Таблица 1. Параметры пористой структуры углеродных материалов

Образец SBET, м2/г с ^микро? м2/г с ^мезо? м2/г V, см3/г Vмикро, см3/г Vмезо, см3/г

1 499 455 44 0,222 0,198 0,024

2 1078 880 198 0,463 0,359 0,104

3 481 215 266 0,623 0,093 0,530

4 1707 461 1246 1,546 0,247 1,299

адсорбированного/десорбированного азота от величины его относительного давления р/р0 при постоянной температуре (рис. 1).

Важным признаком изотерм для образцов 1 и 2 является то, что при достижении давления насыщенного пара р0 регистрируется предельное значение величины адсорбции. Адсорбционные зависимости с этим признаком характерны для мономолекулярной адсорбции веществ микропористыми сорбентами. По классификации ШРАС они относятся к I типу [39]. Указанные изотермы характеризуются открытой петлей гистерезиса, причиной чего может быть наличие длинных и узких пор с узкими горлышками, размер которых близок к размеру молекул азота [39]. В частности, гистерезис изотермы образца 1 регистрируется во всем диапазоне относительных давлений р/р0, а для образца 2 - в пределах

0,1 - 1,0 р/ро.

Для образцов 3 и 4 изотермы характери-зируют процессы полимолекулярной адсорбции в микро- и мезопорах материалов органического происхождения [40]. Форма петли гистерезиса относится к типу Н4 [39], который связывают с капиллярной конденсацией в мезопорах.

По данным расчета параметров пористой структуры УМ (табл. 1) видим, что неактивированный углерод (образец 1) имеет умеренную удельную поверхность 499 м2/г и небольшой объем пор 0,222 см3/г. В результате активацион-ных термохимических процессов с участием КОН удельная поверхность и общий объем пор образца 1 увеличиваются в 2,1 раза (образец 2). Наблюдается также незначительный рост мезопор от 9 до 18%.

Значительные изменения пористой структуры наблюдаются в результате использования эндо-темплата А100Н. В частности, хотя рост удельной поверхности образца 3 не отмечается, однако объем пор увеличивается почти в 3 раза и происходит значительное развитие мезопор. При соотношении С:А100Н = 1:1 (образец 4) удельная поверхность и объем пор растут соответственно в 3,4 и 7 раз, а количество мезопор составляет

85%.

Изменения пористой структуры УМ в результате термохимической активации и эндотемпла-тирования подтверждаются кривыми РПР (рис. 2). Неактивированный углерод является микропористым - большинство его пор имеют размер 1,17 нм (рис. 2, кривая 1). Образец 2 в основном является также микропористым с максимумами вблизи 1,3 и 1,5 нм. Материал содержит незначительное количество мезопор (18%) с максимумом вблизи 2,2 нм (рис. 2, кривая 2). Образец 3 характеризуется интенсивным максимумом вблизи 1 нм, который соответствует микропорам, и достаточно широким распределением мезопор в диапазоне от 2 до 25 нм (рис. 2, кривая 3). Наиболее заметные изменения в РПР по отношению к исходному материалу наблюдаются для образца 4 (рис. 2, кривая 4). Эндотемплатирование прекурсора на основе лактозы гидроксидом алюминия создает предпосылки для формирования микромезопо-ристой структуры, в которой максимум в распределении микропор лежит вблизи 1,3 нм, а мезопор - 5 нм. Менее интенсивные максимумы в распределении мезопор наблюдаются при 2,4, 3,1 и 3,8 нм. Сопоставляя результаты низкотем-

пературнои порометрии с данными по изучению процессов термодеструкции девятиводного нитрата алюминия А1(К0з)з-9Н20 [34], становятся понятными различия в РПР исследуемых образцов. При термолитическом разложении дисаха-ридного прекурсора, содержащего в своем составе молекулы нитрата алюминия, образуется композиционный материал С-А100Н, в котором объем углеродистой матрицы заполнен глобулами бемитной фазы диаметром 3-5 нм. Изъятие этой фазы из объема УМ методом выщелачивания позволяет получать мезопористый углерод с большим объемом пор.

Одним из качеств, которым должен обладать материал, чтобы использоваться как электрод литиевых источников тока или ЭК, является высокое значение его электропроводимости, что позволяет осуществлять заряд/разряд электрохимического элемента большими токами.

С целью оценки значения удельной электропроводимости исследуемых материалов были сняты диаграммы Найквиста Ъ" = / (Ъ) (рис. 3). Как видно из полученных диаграмм, в высокочастотной области спектра всех образцов присутствует индуктивная составляющая. Ее наличие связано с перколяционным механизмом прохождения носителей электрического заряда через смесь проводящих и непроводящих частиц материала, где непроводящими частицами являются именно поры. Таким образом, в результате сложной траектории движения носителей заряда углеродистая структура электродного материала становится аналогом индуктивности. При уменьшении частоты электрического потенциала изменение претерпевает только действительная составляющая сопротивления. Значение мнимого сопротивления сначала уменьшается, а затем остается неизменным.

Рис. 3. Диаграммы Найквиста для образцов 1 (кривая 1), 2 (2), 3 (3) и 4 (4).

Используя значения X' и Z'', по формулам (1)-(3) были рассчитаны действительная с',

а *

мнимая с и полная с , удельные проводимости

УМ и найдены их зависимости от частоты. Поскольку значение действительной составляющей электрической проводимости при частотах, меньших 103 Гц, примерно на 2-3 порядка больше значения мнимой составляющей, то вкладом последней в полную проводимость УМ можно пренебречь. При таких обстоятельствах полное сопротивление будет определяться в основном частотной зависимостью действительной составляющей электропроводимости. Представление частотных зависимостей электрической проводимости в полулогарифмических координатах позволяет определить значение удельной электропроводности УМ путем экстраполяции экспериментальной кривой до ее пересечения с осью с* (при / ^ 0 имеем выход на постоянный ток) (рис. 4).

10 10 10 10 ПГц

Рис. 4. Частотная зависимость полной проводимости для образцов 1 (кривая 1), 2 (2), 3 (3) и 4 (4).

Таблица 2. Удельная проводимость (Ом-1 •м-1) углеродных материалов

Образец Удельная проводимость

1 58

2 78

3 45

4 28

Проведенные расчеты позволили выяснить, что высокотемпературная активация УМ с использованием КОН повышает удельную электропроводимость материала в 1,34 раза (табл. 2). Такой результат воздействия КОН на электропроводимость УМ связан с интеркаля-цией ионов К+ в межлистовые слои углеродных микрокристаллитов, что способствует их структурной перестройке при высоких температурах в графитоподобное состояние. При использовании темплата А100Н происходит уменьшение удельной проводимости материала за счет увеличения количества мезопор, которые выполняют роль барьеров для прохождения электрического заряда через образец.

Рис. 5. Зарядные/разрядные кривые для ЭК на основе образцов 1 (кривая 1), 2 (2), 3 (3) и 4 (4).

10 20 30 40 50 60 70 80 90 ¡00 !, мА

(а)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I, мА

(б)

Рис. 6. Зависимость удельной емкости (а) и внутреннего сопротивления (б) от разрядного тока ЭК на основе образцов 1 (кривая 1), 2 (2), 3 (3) и 4 (4).

Чтобы выяснить возможность использования УМ, полученных методом эндотемплатирования, в качестве электродов ЭК были проведены гальваностатические исследования. Из зависимости и = / (0 (рис. 5) по формулам (4) и (5) соответственно были рассчитаны значения удельной емкости электродных материалов и внутреннего сопротивления ЭК.

Анализируя приведенные на рис. 6а зависимости, приходим к выводу, что наибольшую удельную емкость (176-157 Ф/г) при разрядном токе 10-100 мА демонстрирует образец 2. Удельная емкость исходного материала (образец 1) при указанных разрядных токах несколько меньше (160-137 Ф/г) за счет его меньшей удельной поверхности. Применение эндотемплата А100Н приводит к уменьшению удельной емкости ЭК, сформированных на основе образцов 3 и 4. В случае образца 3 это обусловлено уменьшением в 2 раза удельной поверхности микропор (относительно образца 1), которые задействованы в формировании двойного электрического слоя (ДЭС) и обеспечивают емкость ЭК при почти одинаковой вели-

чине удельной поверхности материала. Меньшие значения удельной емкости ЭК на основе образца 4 (147-132 Ф/г) можно объяснить существенным уменьшением поверхности микропор относительно полной поверхности материала (для образца 1 Sмикро/SBET « 91%, для образца 4 - 27%).

Перераспределение в соотношении микро- и мезопор, вызванное как термохимической активацией, так и методом эндотемплати-рования, приводит к изменению внутреннего сопротивлении ЭК (рис. 6б). Наблюдается определенная корреляция между значением удельной электропроводности УМ (табл. 2) и величиной внутреннего сопротивления ЭК.

Одним из критериев выбора максимального зарядного/разрядного тока при циклировании ЭК является уменьшение падения напряжения А и при замыкании разрядной цепи не более чем на 20% от максимального напряжения (в данном случае 1 В), то есть на 0,2 В [41]. Для ЭК, сформированных на основе образцов 1 и 2, такое падение напряжения наблюдается уже при разрядном токе 100 мА. В противоположность

0.0 0,2 0.4 0,6 0,8 ü, В

(а)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 и, В (б)

Рис. 7. Циклические вольтамперограммы ЭК на основе образцов 1 (-о-), 2 (-А-), 3 (-V-) и 4 (-◊-) при скоростях сканирования 1 мВ/с (а) и 20 мВ/с (б).

этому ЭК, сформированные на основе образцов 3 и 4, выдерживают циклирование при токах 110-170 мА и 110-200 мА соответственно, обеспечивая значение удельной емкости на уровне 54-52 и 131-121 Ф/г. Использование эндотемплата в процессе получения материала приводит к росту числа мезопор (табл. 1), которые, будучи транспортными порами, обеспечивают быстрый доступ ионов электролита к поверхности материала при больших зарядных/разрядных токах.

По данным циклической вольтамперометрии, вольтамперограммы, полученные при меньшей скорости сканирования (1 мВ/с), имеют симметричную почти прямоугольную форму (рис. 7а). Такая форма вольтамперограмм свидетельствует, что накопление заряда в ЭК происходит вследствие формирования ДЭС на границе раздела поверхности электродного материала и электролита, а побочные окислительно-восстановительные реакции (так называемые фарадеев-ские процессы) отсутствуют.

При большей скорости сканирования (20 мВ/с, рис. 7б) прямоугольная форма вольт-амперограмм несколько нарушается, что обусловлено ростом сопротивления электрохимической системы вследствие локального уменьшения концентрации ионов электролита в микропорах электродного материала - так называемый эффект «голодания» электролита [42]. Наиболее заметны эти изменения для образцов 1 и 2, в которых доминируют микропоры. Для образцов 3 и 4, в которых уже преобладают мезопоры, отклонения от прямоугольной формы менее существенные, что подтверждает результаты гальваностатических исследований о возможности разряда/заряда ЭК на основе данных материалов большими токами.

ВЫВОДЫ

Предложен способ получения синтетического УМ с использованием лактозы (как прекурсора)

и мезопористого гидроксида алюминия A100Н (как темплата), который можно получить в процессе термодеструкции девятиводного нитрата алюминия Al(NO3)3-9H2O.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Удельная поверхность и объем пор синтезированного образца при соотношении C:AlOOH = 1:1 возрастают соответственно в 3,4 и 7 раз по отношению к исходному материалу, а доля мезопор составляет 85%. Увеличение количества мезопор является причиной уменьшения удельной электропроводности материала в 2 раза.

ЭК, сформированный на основе мезопо-ристого углерода, демонстрирует несколько меньшую удельную емкость (147 Ф/г при разрядном токе 10 мА) в отличие от конденсатора на основе углерода из лактозы (160 Ф/г при том же разрядном токе), однако за счет развитой мезопористой структуры позволяет разрядку токами до 200 мА.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bansal C.R., Donnet J.B. and Stoeckli F. Active Carbon. New York: Marcel Dekker, 1988.

2. Rachiy B.I., Budzulyak I.M., Ivanenko E.A. and Revo S.L. Surf Eng Appl Electrochem. 2015, 51(5), 501-508.

3. Nowicki P., Skrzypczak M. and Pietrzak R. Chem Eng J. 2010, 162, 723-729.

4. Huang S. and Shi J. Ind Eng Chem Res. 2014, 53, 4888-4893.

5. Fuertes A.B. and Sevilla M. Carbon. 2015, 94, 41-52.

6. Ostafiychuk B.K., Budzulyak I.M., Rachiy B.I., Vashchynsky V.M. et al. Nanoscalle Res Lett. 2015, 10, 1-8.

7. Миронюк 1.Ф., Мандзюк В.I., Сачко В.М. Фiзика i Хiмiя Твердого Тша. 2016, 17(2), 262-268.

8. Myronyuk I.F., Mandzyuk V.I., Sachko V.M., Lisovsky R.P. et al. JNano-Electron Phys. 2016, 8(4), 04006-1-04006-7.

9. Zhang H., Bhat V.V., Gallego N.C. and Contescu C.I.

ACS Appl Mater Interfaces. 2012, 4, 3239-3246.

10. Rosas J.M., Berenguer R., Valero-Romero M.J., Rodríguez-Mirasol J. et al. Front mater. 2014, 1, 1-17.

11. Rachiy B.I., Ostafiychuk B.K., Budzulyak I.M., Vashchynsky V.M. et al. J Nano-Electron Phys. 2014, 6(4), 04031-1-04031-6.

12. Ostafiychuk B.K., Budzulyak I.M., Kuzyshyn M.M., Rachiy B.I. et al. J Nano-Electron Phys. 2013, 5(3), 03049-1-03049-6.

13. Revo S.L., Budzulyak I.M., Rachiy B.I. and Kuzishin M.M. Surf Eng Appl Electrochem. 2013, 49(1), 68-72.

14. Carvalho A.P., Gomes M., Mestre AS, Pires J. and et al. Carbon. 2004, 42, 672-674.

15. Hayashi J., Uchibayashi M., Horikawa T., Muroyama K. et al. Carbon. 2002, 40, 2747-2752.

16. Molina-Sabio M. and Rodriguez-Reinoso F. Coll Surf A Physicochemical Eng Aspects. 2004, 241, 15-25.

17. Yorgun S., Vural N. and Demiral H. Micropor MesoporMater. 2009, 122, 189-194.

18. Gu W. and Yushin G. WIREs Energy Environ. 2014, 3, 424-473.

19. Shcherban N.D. and Ilyin V.G. Chem Phys Tech Surf. 2015, 6, 97-121.

20. Sakintuna B. and Yürüm Y. Ind Eng Chem Res. 2005, 44, 2893-2902.

21. Ryoo R., Joo S.H. and Jun S. J Phys Chem B. 1999, 103, 7743-7746.

22. Liang C. and Dai S. J Am Chem Soc. 2006, 128, 5316-5317.

23. Yoon S.B., Kim J.Y. and Yu J.S. Chem. Commun. 2002, 14, 1536-1537.

24. Kyotani T., Ma Z. and Tomita A. Carbon. 2003, 41, 1451-1459.

25. Rodriguez-Mirasol J., Cordero I., Radovic L.R. and Rodriguez J.J. Chem Mater. 1998, 10, 550-558.

26. Ma Z., Kyotani T. and Tomita A. Chem Commun. 2000, 23, 2365-2366.

27. Jun S., Joo S.H., Ryoo R., Kruk M. et al. J Am Chem Soc. 2000, 122, 10712-10713.

28. Xia Y. andMokaya R. Adv Mater. 2004, 16, 886-891.

29. Lu A., Kiefer A., Schmidt W. and Schüth F. Chem Mater. 2004, 16, 100-103.

30. Alvarez S. and Fuertes A.B. Carbon. 2004, 42, 433-436.

31. Jang J. and Lim B. Adv Mater. 2002, 14, 1390-1393.

32. Yoon S.B., Chai G.S., Kang S.K., Yu J.S. et al. J Am Chem Soc. 2005, 127, 4188-4189.

33. Kyotani T., Tsai L.F. and Tomita A. Chem Mater.

1995, 7, 1427-1428.

34. Myronyuk I.F., Mandzyuk V.I., Sachko V.M. and Gun'ko V.M. Nanoscalle Res Lett. 2016, 11, 1-8.

35. Brunauer S., Emmett P.H. and Teller E. J Am Chem Soc. 1938, 60, 309-319.

36. Lozano-Castelló D., Suárez-Garsía F., Cazorla-Amorós D. and Linares-Solano Á. Carbons for Electrochemical Energy Storage Systems. Boca Raton-New York: CRC Press-Taylor and Francis Group, 2002, part 4, pp. 115-162.

37. Neimark A.V. and Ravikovitch P.I. Micropor Mesopor Mater. 2001, 44-45, 697-707.

38. Abdullah M.H. and Yusoff A.N. J Alloy Compd.

1996, 233, 129-135.

39. Gregg S.J. and Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. 2nd ed. London: Academic Press, 1982.

40. Marsh H. and Rodriguez-Reinoso F. Activated carbon, Amsterdam: Elsevier, 2006.

41. Kurzweil P. Proceeding of the 12-th international seminar on double layer capacitors and similar energy storage devices, Florida, Deerfield Beach, 2004, vol. 14, pp. 18-32.

42. Wang H. and Pilon L. Electrochim Acta. 2012, 64, 130-139.

Поступила 02.03.18

Summary

The effect of AlOOH endo-template on the porous structure, electrical conductivity and electrochemical properties of lactose-derived carbon materials was investigated. It was found that a carbon material with specific surface of 1707 m2/g and total pore volume of 1.546 cm3/g could be obtained when the mass ratio of C:AlOOH is 1:1. Electrochemical capacitors, formed on the base of the synthesized samples, have a large range of the specific capacity (66-170 F/g) at a discharge current of 10 mA. The developed mesoporous structure of the carbon materials synthesized via the template method allows charge/discharge electrochemical capacitors at currents up to 200 mA, providing specific capacity of 121 F/g.

Keywords: mesoporous carbon, template synthesis, porous structure, specific conductivity, electrochemical capacitor.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.