本研究致力於以簡單製程、環境友善、低成本的方式合成多重孔洞碳材，利用其豐富的孔洞性，提升超級電容及電容脫鹽裝置元件之性能。本次實驗以生物碳(菱殼碳)作為碳源，實驗上以簡單的物理混合法將模板(ZnO、CaCO3、碳酸鋅)與碳源(菱殼碳)混合均勻，透過900℃高溫碳化即得高比表面積孔洞碳材。實驗中不需使用有機溶劑，固態模板與鹼金屬可以鹽酸去除。除此之外，使用奈米等級的氧化鋅當模板時所產生的鋅離子廢液，也能透過酸鹼中和回收再製成奈米模板供再次使用。相較於傳統的氧化矽模板法，此方法不僅不需使用到高毒性的氟化氫，也不用繁瑣的實驗步驟。在量化生產上得以簡化生產流程，同時避免過多的汙染造成環境負擔，達成綠色化學的概念。 以物理混合法合成高比表面積多重孔洞碳材，透過調整模板與碳源比例，其比表面積可達1175~1537 m2 g-1。除此之外，研究結果發現使用氧化鋅作為模板時，可得到中孔比例較高的多孔性碳材；以奈米碳酸鈣為模板時，孔洞性質則多為微孔；另外以回收的明膠-碳酸鋅奈米複合材做為模板時則多為較大的中孔(~30 nm)和大孔。這三種不同的孔洞性質在二極式超級電容方面，以有機電解液1.0 M LiClO4/PC的環境下，皆可以達到130 F g‒1之高比電容值(掃描速率= 5 mV s‒1)。在掃描速率= 500 mV s‒1，碳酸鋅製成的碳材可達到70%保留率，其餘的約為60%。電容脫鹽方面，以氧化鋅為模板做出的碳材其鹽吸附量可高達11.01 mg g-1。研究還發現碳電極的厚度除了會影響吸附量外，也會影響電流效益，增加漏電流。以ANESR公式去計算電阻可發現，兩倍重的碳電極其電阻高達33 Ω。有趣的是，不管以何種金屬氧化物做為模板，所產生之多孔性碳材在電容脫鹽上皆能在10分鐘內達總吸附量90%，這有助於縮短電容脫鹽循環時間，以優化電容脫鹽效益。 |