活化调控的龙眼壳多孔碳材料结构和吸波性能

生物质材料是一种来源丰富、廉价易得的可再生资源,通过在生物质材料中构筑多层级结构制备生物质碳材料是目前吸波材料领域研究的热点。为制备轻质、宽频、高效的生物碳基吸波材料,以龙眼壳为原料,通过活化碳化的方式制备龙眼壳多孔碳材料(LSPC),通过X-射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜等表征多孔碳材料的微观结构,并采用矢量网络分析仪对其吸波性能进行分析,考察了磷酸(H3PO4)、氢氧化钾(KOH)和氧化锌(ZnCl_(2))对龙眼壳多孔碳材料结构和吸波性能的影响。结果表明:活化使得龙眼壳多孔碳结晶度下降、缺陷增多,形成了较多的异质界面和活化中心,增强了材料的极化损耗。与未活化的龙眼壳多孔碳相比,H3PO4活化处理使得多孔碳材料的孔壁变薄、孔结构更为明显;KOH活化多孔碳材料不仅保留了龙眼壳连续的孔结构,而且孔壁出现了类似脊椎的波浪起伏结构;ZnCl_(2)活化制得的龙眼壳多孔碳材料仅在原有的光滑截面形成许多小孔;综合分析表明,活化处理改善了龙眼壳多孔碳材料的吸波性能,其中以氢氧化钾活化制备的龙眼壳多孔碳材料吸波性能最佳,其反射损耗达到-43.57 dB,分别是LSPC-H3PO4的2.03倍和LSPC-ZnCl_(2)的3.02倍;活化处理不同程度地改善了龙眼壳多孔碳材料的有效吸收带宽。对微观形貌关联的电磁损耗行为分析表明,活化促进了龙眼壳多孔碳材料中多层级孔结构的生成,有效降低了龙眼壳多孔碳材料的有效介电常数,改善了材料的阻抗匹配;同时,龙眼壳多孔碳材料可通过传导损耗、偶极极化、界面极化、多重反射等多重损耗机制衰减电磁波。

共价有机框架衍生多孔碳固相微萃取纤维结合气相色谱法测定水样中的邻苯二甲酸酯

以4-甲酰基苯硼酸(FPBA)和2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪(TAPT)为单体,通过溶剂热法制备了共价有机框架(COF)FPBA-TAPT,将其直接热解后获得衍生多孔碳材料(PC)FTPC.傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱及扫描电子显微镜(SEM)表征结果显示,该材料呈球形,表面呈褶皱结构,比表面积为499 m2/g.利用溶胶-凝胶法将其涂覆在不锈钢丝表面制得固相微萃取纤维,结合气相色谱法建立了测定水样中邻苯二甲酸酯(PAEs)的方法.对萃取和解吸条件进行优化后,该方法具有较宽的线性范围(0.5~100μg/L)、较低的检测限(0.018~0.106μg/L)和良好的稳定性(相对标准偏差,RSD≤7.8%).将该方法用于3种水样中PAEs的检测,低(5μg/L)、中(10μg/L)及高(50μg/L)加标回收率为79.5%~123.9%,RSD为1.1%~12.2%,表明该方法具有良好的准确性,可实现水体中PAEs的有效定量分析.

功能化多孔碳的制备及其对芳烃的吸附

液体石蜡油是重要的化工原料,但其芳香烃杂质会严重影响下游产品质量.以木质素磺酸钠为基体,ZnCl_(2)为活化剂,用后接枝法引入巯基官能团,再在管式炉中通入氮气进行高温碳化,制备了多孔碳材料(PSC)并研究了其对典型芳香族杂质的吸附.结果表明:不同处理条件(微波、超声波、蓝光)下,对液体石蜡中萘的吸附都产生显著影响,其中比表面积从1177.57 m^(2)‧g^(-1)至1775.42 m^(2)‧g^(-1)不等,最大吸附量达702.28 mg‧g^(-1).同时,虽引入巯基的多孔碳材料(PSC-SH)与未引入巯基的多孔碳材料(PSC)的比表面积和孔容差距不大,但PSC-SH对萘的吸附量是PSC的2.07倍,是因巯基的引入使得样品的活性位点增加,增加了对萘的吸附量.

MOF衍生多孔碳基材料的制备及其在锂离子电容器负极中的应用进展

锂离子电容器是一种兼具锂离子电池和超级电容器两者特点的新型功率型储能器件。然而,锂离子电容器电池型负极的动力学要慢于电容器型正极,导致其功率密度低、循环稳定性差等问题。金属有机骨架(metalorganic frameworks,MOF)衍生多孔碳基材料以其大比表面积的多孔结构,以及出色的化学稳定性等优点,成为电化学储能领域的研究热点。本文首先分析了锂离子电容器电极材料面对的挑战,阐述了锂离子电容器的储能机制。随后分析了碳化温度、热处理时间等碳化工艺对MOF衍生多孔碳基材料理化性质的影响,并着重讨论了受碳化工艺影响制备得到的不同产物组分类型。随后总结了MOF衍生多孔碳基材料在锂离子电容器中的应用进展,提出了与其他碳材料进行复合或掺杂改性是实现高功率密度、高能量密度的锂离子电容器负极材料的重要途径,最后对MOF衍生碳基电极材料的发展前景予以展望。

氢氧化镁-硼酸锌复合阻燃剂辅助制备产率高和电容性能优异的煤焦油沥青基多孔碳

以煤焦油沥青为前驱体,氢氧化镁-硼酸锌复合阻燃剂为助剂,直接在空气条件下高温碳化制备了煤沥青基多孔碳,并探究其电化学性能。得益于阻燃剂的阻燃协同其活化、掺杂功能化作用,得到了高产率(55.1%)、多原子(N、B、O)掺杂且具有分级多孔结构的多孔碳。将其作为超级电容器电极材料,在三电极体系中0.5 A·g^(-1)电流密度下比电容可达344 F·g^(-1)。此外,以制备的多孔碳和壳聚糖基氨基酸质子盐凝胶电解质组装的柔性对称电容器具有29.3 Wh·kg^(-1)的高能量密度,在50 000次循环后电容保持率为96.9%,且在-25~75℃温度区间内可正常工作,显示出宽的温度使用范围。

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3000 m^(2)·g^(-1))的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1114 m^(2)·g^(-1),而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3033 m^(2)·g^(-1)。在以6.0mol·L^(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^(-1)时,KNC-800的比电容为405 F·g^(-1),而KC-800的比电容仅为248 F·g^(-1)。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^(-1)时经过10000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。

低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明,碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响,其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容,远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900,表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积,进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比,SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^(-1)KOH为电解质的三电极体系中,在0.5 A·g^(-1)的电流密度下,SSC-900的比电容可以达到357 F·g^(-1),而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^(-1)。电容贡献分析表明,SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外,SSC-900在0.5A·g^(-1)的电流密度下循环10000次后仍能保持98.4%的初始比电容。

氮氧双掺杂多孔碳对四环素的电吸附及其机制

四环素(TC)约占抗生素总产量和使用量的三分之一,且在水体中难以被降解,导致其在环境中的浓度越来越高而引发难以预估危害的细菌耐药性.因此,开发有效途径对水中四环素进行高效去除具有重要现实意义.本文通过简单的分散聚合物制备了具有高四环素吸附效率的聚酰亚胺衍生碳材料(FCPI).FCPI独特的分级多孔结构、丰富的氧(14.6%)、氮(4.7%)掺杂量和边缘缺陷等可为四环素的吸附提供丰富的活性位点;较大的比表面积、良好的导电性和化学稳定性,可提供稳定的双电层吸附界面.因此,将FCPI制备成电容去离子(CDI)器件的电极片后,FCPI对TC的电吸附容量高达989.5 mg·g^(-1),是传统自吸附的2.3倍(430.2 mg·g^(-1)).FCPI在自然水体中,经过200次吸-脱附循环后吸附容量仍可保持70%以上,具有优异的再生性和循环稳定性.且FCPI在不同水体中均表现出高效的TC吸附性能和同步去除水体中硬度离子的能力,使其在处理复杂水体污染与环境保护方面具有重要的实际意义.

纳米多孔碳孔径对SrBr_(2)化学蓄放热性能的影响

溴化锶(SrBr_(2))被认为是化学蓄热领域最有前景的材料之一。为探究载体孔径大小对SrBr_(2)蓄放热性能的影响,分别以孔径为10、30、50和100 nm的纳米多孔碳(NCP)为载体,采用浸渍法制备多孔碳基SrBr_(2)复合材料。通过XRD、SEM和BET对复合材料的微观形貌结构进行表征,并通过水合实验和同步热分析对其蓄放热性能进行测试。结果表明,复合材料的吸水量和蓄热密度随孔径先增大后减小,存在最优载体孔径。其中,NCP50-SrBr_(2)具有最优的平衡吸水量和蓄热密度,分别为0.703 g/g和1198.62 kJ/kg。NCP50-SrBr_(2)表现出更快的反应速率,在水合反应30min后蓄热密度可达945.34kJ/kg。研究结果可为纳米尺度定向调控化学蓄热材料性能提供理论依据。

高硫煤基多孔碳材料的可控制备及其用于锂硫电池

高性能、低成本的多孔碳材料是理想的锂硫电池硫宿主材料,但利用廉价的原料实现其规模化制备仍面临巨大挑战。以资源丰富的高硫煤为原料,采用氧化镁和氢氧化钾作为模板剂和活性剂,制备了煤基多孔碳材料,并研究了其作为锂硫电池硫宿主材料的构效关系。研究发现,煤基碳材料制备过程中,模板剂MgO作用下产生介孔(占比74%);活性剂KOH主要导致微孔(占72%)生成;MgO和KOH共同作用制备的碳材料PCMgO+KOH比表面积大(1616 m^(2)/g)、孔容高(1.02 m^(3)/g)、孔结构丰富(介孔54%、微孔46%)。电化学性能测试结果表明,S@PCMgO+KOH具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性,在1 C充放电倍率循环500圈后容量仍能保留553.2 mAh/g,容量保持率达65.5%,每个循环的衰减率低至0.069%;在2 C下,循环500圈后容量为484.0 mAh/g,容量保持率为63%,每圈衰减率仅0.075%,具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性。PCMgO+KOH优异的电化学性能主要来自其较小的欧姆电阻和电荷转移电阻、快速的多硫化物氧化还原反应动力学及对多硫化锂优异的束缚能力。本研究为价廉性高的锂硫电池硫宿主材料的制备提供了可选择的路线。

生物质多孔碳复合相变材料制备和热性能研究

将木材通过高温碳化的方法制备三维生物质碳基材料用于相变材料载体,制备复合相变材料,并对复合相变材料进行结构表征、性能测试及防泄漏实验。结果表明:多孔碳载体材料导热孔道网络完整,保证了有机相变材料的高效稳定负载量;相比于纯相变材料,70%PA@GNS热导系数达到了0.763W/(m·K),提高了3.18倍;含有20%多孔碳复合材料的潜热值达到了182J/g,比理论值潜热值高了约7%;并能有效防止相变材料泄漏。

生物质基分级多孔碳材料的制备及新能源领域应用研究进展

分级多孔碳材料(HPCs)具有不同尺寸的孔道结构,其中微孔提供大的比表面积和丰富的活性位点,而介孔和大孔为粒子传输提供所需的快速通道,在新能源领域中展现出卓越的应用潜力。目前,已开发的分级多孔碳材料种类很多,但是许多材料存在合成步骤繁琐、工艺复杂和原料或前体要求高等问题。因此,从科学和经济的角度来看,选取合适的碳源和简便绿色的制备方法对功能化多孔碳材料的合成尤为关键。生物质作为一种来源广泛、含碳丰富且可再生的资源,成为了制备分级多孔碳材料的理想前体。介绍了分级多孔碳材料的结构特征,综述了生物质基多孔碳材料的制备方法和原料种类。根据生物质原料自身具有的多样性,可设计多样化的孔结构,通过物理活化和化学活化提升多孔碳材料的比表面积和孔体积,并采用N2物理吸附仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及拉曼光谱仪(Raman)对材料结构进行表征。此外,综述了生物质基分级孔碳材料在超级电容器、锂离子电池等新能源领域中的应用前景,简述了多孔碳材料孔结构和比表面积在储氢及释氢中的影响,表明孔结构发达、比表面积更高的碳材料在实际应用中表现出更优异的性能。最后,展望了未来的研究方向,为后续高性能生物质基分级多孔碳的研究提供了指导。

Zn/Co-ZIF衍生多孔碳钯基催化剂的制备及在甲酸制氢中的应用

通过浸渍还原法将Pd、Ag等锚定在经过HNO_(3)酸化和(NH_(4))_(2)HPO_(4)磷化处理得到的Zn/Co-ZIF衍生HPNC多孔碳上,制备出高活性的Ag_(1)Pd_(7)@HPNC催化剂。采用XRD、TEM、SEM和EDS等系列表征手段对Zn/CoZIF、多孔碳载体和制备的催化剂进行了表征分析和系统测试。结果表明,多孔碳中的Zn和大部分的Co物种可通过高温焙烧和酸化处理方式被有效去除,小尺寸的Pd和Ag纳米颗粒可高效负载于HPNC多孔碳载体的表面。通过探究不同载体及银钯不同的质量比对催化剂催化活性的影响,证明了Ag_(1)Pd_(7)@HPNC催化剂具有优异的甲酸催化性能。甲酸分解实验表明,经(NH_(4))_(2)HPO_(4)处理后的Pd@HPNC催化剂活性优于未处理的Pd@HNC催化剂活性。掺杂Ag会进一步提高Ag_(x)Pd_(y)@HPNC(x>0)双金属催化剂的催化活性,其中当m_(Ag)∶m_(Pd)=1∶7时,Ag_(1)Pd_(7)@HPNC催化甲酸分解活性最佳,在318 K条件下甲酸分解的转化频率(TOF)可达1025 h^(-1);并且该催化剂循环使用5次后TOF仍保持为920 h^(-1),表明其具有良好的循环稳定性。Ag_(1)Pd_(7)@HPNC在甲酸催化脱氢方面展示了较好的应用前景。

酶解木质基分级多孔碳的制备及其电化学性能

【目的】利用酶解技术调控木质碳分级多孔结构,以制备具有优异电化学性能的碳材料,进而拓展多孔生物质碳材料的应用范围。【方法】采用亚氯酸钠和纤维素酶酶解椴木,经高温碳化制备分级多孔碳材料。通过表征分级多孔碳的微观形貌、比表面积、孔隙结构、石墨化程度、表面元素和官能团,揭示纤维素酶用量和酶解时间对其微观结构及电化学性能的影响。【结果】酶解后椴木内部呈现出丰富的微孔/介孔结构,形成了分级多孔结构。多孔碳的比表面积随纤维素酶用量和酶解时间的增加而增大,无序度提高。当纤维素酶用量200 mg、酶解时间48 h时,比表面积达到978.925 m^(2)/g,平均孔径达到2.285 nm;在0.1 A/g的电流密度下,质量比电容为300.8 F/g,等效串联电阻为0.47Ω。【结论】本研究制备的酶解木质基分级多孔碳具有出色的电化学性能、分级孔隙结构,因此具有广泛的应用前景。

三维氮掺杂分级多孔碳纳米片的制备及储锌性能

以MgO@ZIF-8为双模板和辅助碳源,KHCO_(3)为活化剂,煤沥青(CTP)为碳源,制备了三维氮掺杂分级多孔碳纳米片(N-CNs),探究了KHCO_(3)与CTP的质量比对N-CNs的结构、化学组成和锌离子储存性能的影响.结果表明,当KHCO_(3)与CTP的质量比为3∶1时,制备的样品(N-CN_(3))具有三维互连的碳纳米片结构、高比表面积(2360m^(2)/g)和吡咯氮含量.将N-CN_(3)作为锌离子混合电容器(ZHCs)正极时,其在2mol/LZnSO_(4)电解液中展现了出色的比容量(当电流密度为0.2A/g时,比容量为157.6mA·h/g)、高的能量密度(在176.1W/kg功率密度下能量密度为126.5 W·h/kg)和优异的循环稳定性(当电流密度为5 A/g时,经过20000次循环后容量仅衰减6.4%,库仑效率为99.6%).密度泛函理论计算结果证实,吡咯氮掺杂增加了电极材料对锌离子的吸附能,提高了N-CNs对锌离子的吸附容量.

基于甘蔗渣多孔碳的超疏水棉织物制备及其性能

针对目前超疏水材料制备原料成本较高的问题,以农林废弃物甘蔗渣为主要原料采用高温炭化活化法制备了多孔碳,并将甘蔗渣基多孔碳(BPC)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS)结合构筑超疏水功能棉织物。研究了活化温度和活化剂用量对BPC结构和微观形貌的影响,评价了BPC和PDMS质量分数对整理棉织物疏水性能的影响。结果表明:当活化温度为700℃,且BPC和活化剂质量比为1∶4时,制备的BPC比表面积达到1 614.25 m^(2)/g,且石墨化程度较高,表面具有粗糙结构且微孔分布最多;PDMS为棉织物提供低表面能的同时,能够将BPC牢固黏结在棉织物表面;当PDMS质量分数为3%,BPC质量分数为0.2%时,所构筑的棉织物超疏水性能较好,静态水滴接触角可达162.2°,实现了超疏水棉织物的优异自清洁、防水抗污性能。

多金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展

在对单金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展的基础上进行了拓展,继续研究了多金属MOF衍生多孔碳材料做微波吸收材料的吸波原理和相较于单金属MOF衍生多孔碳的优势。分别从双磁性金属MOF多孔碳、单磁性金属MOF多孔碳和三金属MOF多孔碳3个方面论述了其研究进展。综合上述进展分析了多金属MOF衍生多孔碳做吸波材料存在的问题并对其未来发展方向做出了展望和预测。

莲杆纤维多孔碳的制备及其CO_(2)吸附性能

由于大气中CO_(2)浓度不断上升,迫切需要高效的CO_(2)吸附剂。以废弃生物质莲杆纤维为原料,通过两步碳化法制备了具有发达孔隙结构的氮掺杂多孔碳样品。合成过程包括莲杆纤维碳化、KOH活化衍生莲杆纤维多孔碳及使用壳聚糖进行改性。通过壳聚糖改性,提高多孔碳表面碱度和氮元素掺杂,增加对CO_(2)的吸附性能。结果表明,掺氮多孔碳比表面积达到1550 m^(2)/g,在20℃和0℃、1bar条件下,吸附量分别高达4.59 mmol/g和6.31 mmol/g,表现出优异的CO_(2)吸附性能,且循环性能优异,该法制备的多孔碳在CO_(2)吸附方面具有广阔前景。

CoCu-CaCO_(3)/锯末多孔碳快速活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究

采用简单的浸渍、煅烧法制备了CoCu-CaCO_(3)/锯末多孔碳催化剂,考察了催化剂在PMS存在下降解苯酚、亚甲基蓝等有机污染物的催化活性。研究发现,在催化剂CoCu-CaCO_(3)/锯末多孔碳添加量为0.05 g, PMS质量浓度50 mg/L,苯酚与亚甲基蓝的质量浓度分别为10,20 mg/L,5 min内催化剂对苯酚、亚甲基蓝的降解效率分别高达91.24%,98.14%。Co_(3)O_(4)、CuO、CaCO_(3)与锯末多孔碳的协同作用,有效提高了催化剂的催化性能,3次循环后对苯酚的降解率仍高达87%以上,且在降解过程中·SO_4^(-)、^(1)O_(2)和·O_(2)^(-)发挥了重要作用。

一步法与分步法活化对氮掺杂煤沥青基多孔碳电储能性能的对比

分析了一步法与分步法在制备氮掺杂煤沥青基多孔碳材料的结构和储电效能对比。研究表明,一步法因其简便的操作步骤和低能耗而适用于成本敏感的应用,且在使用三聚氰胺作为氮源时,该方法制备的材料展现出优异的电化学性能;分步法制备过程更为复杂和耗能,但其优势在于能够精确控制材料的微观结构和化学性质,尤其是在使用硫酸铵作为氮源时,显示出更佳的电容特性。