在當今社會的快速發展下，能源危機變成不可避免的問題之一，所以綠色能源的興起是必然的。本篇我們使用兩種不同的兩性嵌段共聚物poly(ethylene oxide)-b-poly(ε-caprolactone) (PEO-b-PCL)作為模板，與帶有羥基的鹼性酚醛樹酯(Resol)做混摻，並升溫固化後移除模板，研究不同重量分率所造成微相分離的相轉換。利用相轉變產生不同的結構，本研究主要以gyroid和cylinder的微相分離結構為主體做為架構，為了達到高比表面積，我們使用KOH在高溫下與碳骨架反應蝕刻孔道而產生新孔洞，KOH與有序中孔碳的比例(質量比)和活化溫度是影響活化後樣品的介觀結構和孔道結構的重要因素。根據超級電容器的能量密度公式E=1/2CV2，可以通過兩種有效的方法來提高電容器的能量密度：一是增大電極材料的比電容(C)，二是提高電容器的工作電壓(V)。基於這種分析，為了提高多孔碳電極的能量密度，所以本篇研究內容主要集中在提高多孔碳的比電容，藉由活化完成之六角柱狀結構(Haxagonal cylinder)和雙連續相螺旋結構(Gyroid)結構，利用有序的結構，使得正負離子能夠在孔道間快速的穿梭，並能在電極與電解液之間的介面儲存電能，以達到超級電容器之功效。本篇研究中六角柱狀結構(Haxagonal cylinder)之中孔碳材經由活化完其比表面積從605.7m2/g 變為1865.3 m2/g，其電化學數據在水系統電流密度0.5 A/g下測得其比電容為135F/g，有機系統電流密度1.0 A/g下經過100次充放電後測得比電容為96 F/g；而雙連續相螺旋結構(Gyroid)結構在活化完之後，其比表面積從642.3 m2/g變為1919.7 m2/g，在水系統電流密度0.5 A/g下測得其比電容為154 F/g，有機系統電流密度1.0 A/g經過100次充放電後測得比電容為105.4 F/g。我們成功的藉由KOH活化的製程，使得有著規則結構之碳材比表面積得到有效的提升，中孔碳材料的能量密度也隨之上升，因此我們可以將此材料應用於超級電容器之電極上，改善其能量密度不足之地方。

In the rapid development of today's society, the energy crisis has become one of the inevitable problems so the rise of alternative energy is inevitable. In this thesis, we used amphiphilic block copolymers poly (ethylene oxide) -b- (ε-caprolactone) (PEO-b-PCL) as templates blended with phenolic resin (Resol), after thermal treatment to remove the template, study for the microphase separation(mesophase transformation) by the different weight fraction. According to the equation of energy density E = 1/2CV2 of the supercapacitor, the energy density of the capacitor can be improved by two effective methods: first, to increase the specific capacitance (C) of the electrode material; second, to improve the working voltage (V). In our work, we used KOH activation to increase the gyroid carbon’s and cylinder carbon’s specific surface, after activation cylinder carbon specific surface area from 642.3 m2/g to 1865.3 m2/g and its specific capacitance was 135 F/g under the 6M KOH system with current density of 0.5 A/g. The stable capacitance of 96 F/g was measured after 100 cycles under 1.0 A/g in organic electrolyte system. Gyroid carbon specific surface area from 605.7 m2/g to 1919.7 m2/g and its specific capacitance was 154 F/g under the 6M KOH system with current density of 0.5 A/g. Similarly, the specific capacitance of activated gyroid carbon was obtained 105.4 F/g after 100 cycles of charge-discharge test under organic system.
We successfully used the KOH activation process to increase the regular structure of the carbon material’s specific surface area and the energy density of the mesoporous carbon material, so that we can apply this material to the electrodes of the supercapacitor to improve the energy density.

目錄
論文審定書 i
致謝 ii
摘要 v
Abstract vi
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xii
第一章 緒論 1
1-1 簡介 1
1-1-1 孔洞材料簡介 1
1-1-2 碳材料的功能化和碳基多孔材料在電化學儲能領域的應用 6
1-1-3 超級電容器工作原理及應用 7
1-2 研究動機 10
第二章 理論與文獻回顧 12
2-1 嵌段共聚物(Block copolymer) 12
2-2 揮發誘導自組裝法(Evaporation-induced self-assembly, EISA) 13
2-3 氫鍵作用力(Hydrogen bond interaction) 15
2-4 反應導致微觀相分離(Reaction-Induced Microphase Separation, RIMPS) 16
2-5 等溫吸附曲線(adsorption isotherm) 17
第三章 實驗方法及步驟 21
3-1 實驗內容 21
3-1-1 合成中孔洞鹼性酚醛樹酯之材料50： 21
3-1-2 利用KOH高溫活化有序中孔碳材 22
3-1-3 電化學測試 22
3-2 使用藥品 23
3-3 樣品製備 24
3-3-1 合成嵌段共聚物 Poly(ε-Caprolatone)-b-Poly(ethylene glycol) 24
3-3-2 合成鹼性酚醛樹酯(Resol) 25
3-3-3 利用PEO-b-PCL與鹼性酚醛樹酯(Resol)合成中孔洞碳材 26
3-3-4 利用KOH活化中孔碳材 26
3-3-5 電化學性能測試 27
3-4 儀器使用 30
3-4-1 氫核磁共振分析儀(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)型號：Varian UNITY INOVA-500 30
3-4-2 傅立葉轉換紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FT-IR) 型號：Bruker Tensor-27 30
3-4-3 凝膠滲透層析儀(Gel Permeation Chromatography, GPC)型號: Jasco PU-980 31
3-4-4 微差掃瞄卡計(Differential Scanning Calorimeter, DSC)型號：TA Q-20 31
3-4-5 小角度Ｘ光散射儀(Small Angle X-ray Scattering, SAXS) 型號：Bruker AXS VANTEC-2000 32
3-4-6 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM) 型號：JEOL-2100 33
3-4-7 比表面積分析儀(Specific Surface Area & Pore Size Distribution Analyzer,BET) 型號：ASAP 2020 33
3-4-8 拉曼光譜儀(New Raman) 型號：HR800 34
3-4-9 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 型號：JSM-6380 34
3-4-10 電池自動充放電測試機(AcuTech BAT-750B Battery Automation Test Systems) 35
第四章 結果與討論 36
4-1 以PEO-b-PCL為模板製備中孔洞酚醛樹酯之分析 36
4-1-1 嵌段共聚物PEO-b-PCL之鑑定 36
4-1-2 Resol/PEO-b-PCL微分掃描熱卡儀(DSC)之Tf分析 37
4-1-3 傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)之分析 39
4-1-4 中孔洞酚醛樹酯小角度X光散射(SAXS)之分析 42
4-1-5 中孔洞碳材穿透式電子顯微鏡(TEM)之分析 44
4-1-6 中孔洞碳材比表面積分析儀(BET)之分析 46
4-2 以KOH活化中孔洞酚醛樹酯之分析 48
4-2-1 KOH活化中孔洞酚醛樹酯小角度X光散射(SAXS)之分析 48
4-2-2 KOH活化中孔洞酚醛樹酯穿透式電子顯微鏡(TEM)之分析 50
4-2-3 KOH活化中孔洞酚醛樹酯比表面積分析儀(BET)之分析 51
4-2-4 中孔洞碳材之二氧化碳吸附能力 53
4-2-5 中孔洞碳材石墨化程度分析 54
4-3 中孔碳材粒徑分析 55
4-4 中孔碳材電化學測試 56
4-4-1 循環伏安法之分析 56
4-3-2 定電流充放電測試 58
第五章 結論 62
第六章 參考文獻 63
第七章 附件 67

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