相互连接的介孔空心碳球的制备及其在电容去离子(CDI)技术中的应用研究

以空心碳球的孔隙结构为研究对象,采用改良Stöber法成功合成了一种相互连接的介孔空心碳球(MHCSs),并将其作为电极材料系统地研究其介孔结构对电化学性能和电容去离子性能的影响。研究结果表明,相比于以微孔结构为主的相互连接空心碳球(HCSs),MHCSs具有更大的比表面积和更多的活性位点,从而提高了电极材料的比电容。大孔径提升了空心碳球的离子传输速率,而石墨化程度的提高则增加了电极材料的电导率,显著提升了材料的电容去离子性能。在100 mg·L^(-1)浓度的NaCl溶液中,HCSs和MHCSs的电吸附容量分别达到10.01和17.81 mg·g^(-1),MHCSs表现出优异的电容去离子性能。此外,在经历了30次吸附-解吸循环后,MHCSs在100 mg·L^(-1)NaCl溶液中仍能保持97.42%的初始脱盐能力,表现出良好的循环稳定性。此研究成果为介孔空心碳球材料在海水淡化、水处理领域的应用提供了有益的参考。

N、B共掺杂空心碳球结构设计及其锂硫电池性能研究

采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m^(2)/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球的大空腔结构可以提高锂硫电池硫正极中单质硫的利用率和循环稳定性,复合材料0.1 C放电比容量809 mAh/g;1.0 C初始放电比容量716 mAh/g,循环300次后比容量551 mAh/g,每次容量损失率0.077%。同时,碳球的多孔壁层结构可以提高锂离子的传输动力学,材料表现出良好的倍率性能,5 C放电比容量为423 mAh/g。

功能化氮掺杂空心碳球的制备及其对Pb^(2+)的吸附特性

水热法合成氮掺杂空心碳球(CS),通过活化反应分别将尿素和硫脲接枝到表面富含羟基的空心碳球上,制备了两种用于去除Pb^(2+)的新型增强吸附剂Urea-CS和Thiourea-CS。在吸附剂质量为40 mg、Pb^(2+)初始质量浓度为800 mg/L、溶液pH为6和温度为25℃的吸附实验条件下,Thiourea-CS和Urea-CS的最大吸附量分别为212.35 mg/g和166.54 mg/g,去除率分别为42.30%和33.30%,均符合Langmuir吸附模型。热力学研究表明,吸附是一个自发的、吸热的、熵增加的过程。准二级吸附动力学模型与Urea-CS和Thiourea-CS的实验数据吻合。200 mg/L的Pb^(2+)溶液经过5次吸附-解吸循环后,Urea-CS和Thiourea-CS仍具有良好的稳定性和重复性,去除率分别为95.24%和98.40%。XPS结果表明,氮/氧与Pb^(2+)之间的络合作用在吸附机制中起重要作用。该方法对Pb^(2+)的去除具有良好的可重复性和选择性。

空心碳球负载二硫化硒复合材料作为锂离子电池正极材料

制备了一种空心碳球负载二硫化硒(SeS_2@HCS)复合材料作为锂离子电池正极材料。通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)以及氮气吸脱附测试(BET)等对产物形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,采用模板法结合化学聚合法可以合成形貌均一、单分散的空心碳球;其直径约为500 nm,壁厚约为30 nm。进一步采用熔融灌入法可以得到空心碳球负载二硫化硒复合材料。将所制备复合材料组装成电池进行电化学性能测试,与原始二硫化硒块体材料相比,SeS_2@HCS复合材料具有更高的初始容量(100 m A?g^(-1)电流密度下,初始放电容量为956 m Ah?g^(-1))和更长的循环寿命(100 m A?g^(-1)电流密度下,循环200圈),同时显示出更优异的倍率性能。研究结果表明该复合材料是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料。

催化裂解C_2H_2制备空心碳球

在高岭土负载的镍催化剂上,于850℃催化裂解乙炔制备了直径约500nm的空心碳球。用XRD、TEM、SEM和显微激光Raman光谱对所得的碳球及催化剂进行了表征,并初步探讨了反应机理。

非晶空心碳球的制备及生长机制

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,在CH4/H2的气氛中合成了非晶空心碳球.利用SEM,TEM,拉曼光谱对样品的形貌、成分和结构进行了表征.非晶空心碳球的直径在100～800nm之间,分布在弯曲的碳纳米管丛中.非晶空心碳球的生长机制可能为膨胀生长.

聚苯胺纳米刺/掺氮空心碳球复合材料的制备及电容性能

以掺氮空心碳球(N-HCS)为骨架,通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺纳米刺/掺氮空心碳球复合材料(PANI/N-HCS),采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱仪等对样品的形貌、结构等进行了表征.采用循环伏安、计时电位和交流阻抗等方法在1 mol/L H2SO4水溶液中考察了材料的电化学性能.结果表明,PANI/N-HCS具有良好的电化学性能,在0.5 A/g电流密度下,PANI/N-HCS的比电容达346 F/g;当电流密度为20 A/g时,PANI/N-HCS比电容值为228 F/g,电容保持率为66%;在5 A/g电流密度下,经1000次充放电循环后,电容保持率为76%.

氮掺杂空心碳球的制备及其光学性质研究

采用直流电弧放电法,使用填充法制备的阳极棒,制备了氮掺杂空心碳球（NDHCSs）。分别使用FESEM、HRTEM、EDX、EELS、XRD、UV-vis等对不锈钢片上的沉积产物进行表征,结果表明：NDHCSs直径主要在110～543 nm,球壁厚度在2～12 nm,由分布比较均匀的C、N和O元素组成,主要由石墨碳和另一种碳物相构成;其在无水乙醇中形成的悬浮液的UV-vis吸收光谱在210 nm、221 nm和264 nm处有三个吸收峰,在紫外光照射下呈现绿色。本文还对NDHCSs生成机理进行了简单的探讨。

微米空心碳球串珠结构的制备与形成机理

以还原Fe粉和活性炭为原料,通过热CVD法制备出微米级的空心碳球串珠结构.利用TEM、EDS和多点氮吸附仪进行形貌、成分、比表面积及孔径分布表征.串珠结构由φ（1~2）μm的空心碳球串联而成,长度可达十几微米.碳球的壁厚为3~5nm的石墨球壳结构.所制备产物的比表面积SBET达到306.523m2/g,其孔径分布在中孔范围,峰值位于3.761nm.微米级空心碳球串珠结构的形成机理为：含C的Fe微液滴在低温区凝聚并以石墨烯片层的方式析出C,外延于Fe液滴形成石墨层,与Fe液滴构成Fe/石墨层核壳结构,石墨球壳的收缩趋势挤压Fe液滴沿轴向移动.循环往复上述即形成空心串珠结构.该结构在节能材料、药物、染料和催化剂等的载体材料、储氢、储能等方面可能具有良好的应用前景.

高度石墨化空心碳球/纳米锗复合负极材料

采用高温石墨化处理和原位沉淀法,首次将高度石墨化空心碳球(HGS)与纳米锗(Ge)球复合制备锂离子电池负极材料。所制备复合材料中Ge的负载量为57.9%,表现出较高的循环稳定性和优异的倍率性能,特别是具有较高的首次库仑效率。在0.2 C下,首次充放电比容量分别为1 427.4和1 153.3 m Ah/g,首次库仑效率高达80.8%;在4 C倍率下可逆比容量可达600 m Ah/g;经过100次循环后,平均每次循环容量衰减量小于0.46%。

氮掺杂空心碳球锌离子混合电容器正极材料的制备及其性能

以溶胶-凝胶法合成的二氧化硅球为模板,酚醛树脂为前驱体,采用模板法制备了氮掺杂空心碳球,并将其用作锌离子混合电容器正极材料。该空心碳球具有空腔结构的微观形貌和介孔主导的分级孔道,且碳壁相互连接,有效促进了离子传输扩散和提高了材料的电子导电性。研究表明:在电化学性能方面,原位氮掺杂极大地改善了电极材料的电解液浸润性和电子导电性,并提供更多的赝电容容量,从而全面提升了电极材料的性能。在0.2 A·g^(-1)电流密度下,其比容量可以达到147.8 mAh·g^(-1),经过20000次循环后容量保持率为82%,展现出良好的倍率性能和循环稳定性。因此,氮掺杂空心碳球有望成为下一代高性能锌离子混合电容器正极材料。

基于空心碳球的超黑涂层的制备与性能研究

针对空间光学系统中的杂散光抑制难题,设计并制备了基于空心碳球(HCS)的超黑涂层。对涂层的颜基比进行优化,发现在最佳颜基比1∶2的条件下,可获得高达0.983的太阳吸收比,结合力等级为2级,符合应用要求。研究表明:在涂层成膜过程中,黏合剂并未进入HCS中空部分,保留的亚波长小孔可有效降低涂层表观折射率,从而降低涂层在太阳波段上的反射率;HSC团聚形成的颗粒有助于涂层形成微米级陷光结构,进一步提高涂层的太阳吸收比。

空心纳微米碳球的制备研究进展

新型碳材料中,空心碳球具有独特的空腔结构而具有比表面积大、密度低、化学稳定性好、热稳定性高等优点,在能源、气体储存、吸附分离和催化等领域有着广泛的应用。本文将常用的制备空心纳微米碳球的方法进行综述,最后展望了空心炭球的应用和研究前景。

空心氮掺杂碳球锚定单原子铁位点用于高效电催化氧还原反应

本研究将单原子分散的Fe-N_(4)位点锚定在氮掺杂空心多孔碳球上用于电催化氧还原反应,研究表明,所制备的FeSAs/HNCSs-800催化剂表现出优异的电催化氧还原性能,其起始电位为0.925 V,半波电位为0.867 V。球差电镜和同步辐射X射线吸收光谱证实了催化剂中存在高度分散的Fe-N_(4)单原子位点。通过密度泛函理论计算证明单原子Fe-N_(4)位点是氧还原反应有效的活性位点,其相邻的C缺陷可以有效调控单原子Fe的电子结构,进而提高电催化氧还原性能。

Pt纳米颗粒在氮掺杂空心碳微球上的高分散负载及其氧还原性能(英文)

通过热解自聚合多巴胺法制备了氮掺杂空心碳微球(N-HCMS),并采用微波辅助乙二醇还原方法把Pt纳米粒子负载于N-HCMS上制得了Pt/N-HCMS催化剂.催化剂的表面形貌、晶体结构及其比表面积和孔径分布等分别采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及比表面分析仪等进行表征.采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了Pt/N-HCMS催化剂在酸性条件下的电催化氧还原性能.Pt/N-HCMS催化剂由于Pt纳米粒子的均匀分散、N-HCMS载体的快速电子传递及其独特的微孔和中空结构而具有很高的电催化氧还原活性,其质量比活性是E-TEKPt/C催化剂的近两倍.Pt/N-HCMS催化剂还具有优良的稳定性.本工作对于开发高性能的燃料电池阴极催化剂具有重要意义.

尺寸可控空心碳球的水热合成

采用水热法,以糖类(葡萄糖、蔗糖、淀粉)为原料,制备了单分散的碳空心球,解决了水热条件下难以在较大范围内控制尺寸大小的问题,也可作为制备其它球形中空材料的模板。进一步通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)对最终产物的形貌、组成进行表征。结果表明纳米碳空心球尺寸分布在3.0～6.5μm之间,表面含有官能团-OH,-C=O,COOH。

钴-氮共掺杂空心碳球提升硒正极电化学性能研究

为了解决传统的硒基复合正极材料导电性差,循环寿命短,倍率性能差,活性物质大量流失的问题。本文采用SiO_(2)纳米球为模板,N,N'-二水杨醛乙二胺钴为钴源,盐酸多巴胺为氮源和碳源,合成了一种新型的钴-氮共掺杂空心碳球(Co-N-C),并将其作为硒正极宿主材料复合得到Co-N-C/Se复合正极。在0.5C充放电电流密度下,Co-N-C/Se复合正极材料循环200圈后,比容量仍高达238 mAh·g^(-1),且经过阶梯放电,在40圈后,2.0C大电流充放电密度下,比容量仍能维持在222 mAh·g^(-1)。利用导电碳骨架、多样性的化学吸附位点和催化活性位点协同作用成功获得高比容量、大倍率性能及长循环寿命的Li-Se电池。

载钌空心碳微球复合材料的制备及电容性能

将脱油沥青为碳源制备的气相生长碳微球(SCMSs)高温氧化,得到空心碳微球(HCMSs),经SnCl2溶液敏化处理和RuCl3溶液化学镀后制备了钌纳米颗粒/空心碳微球(Ru/HCMSs)复合材料.通过选择不同浓度的RuCl3,研究了化学镀液对Ru/HCMSs复合材料形貌的影响.采用场发射扫描电子显微镜,高分辨透射电子显微镜,X射线能谱和热重分析仪对产物的形貌和结构进行了表征,使用氮吸附测试HCMSs的比表面积,并通过循环伏安法对样品的电容性能进行了分析.结果表明:当RuCl3浓度为5mmol/L时,平均粒径约15nm的Ru纳米颗粒均匀地负载在HCMSs表面;HCMSs与SCMSs相比具有较大的比表面积,负载Ru后的复合物具有良好的电容性能.

低密度碳空心微球的制备及酚醛树脂空心微球复合材料的性能

以BJO-0930酚醛树脂空心微球为原料,通过酸洗、预氧化、碳化三步工艺,成功制备球形度好、强度高的碳空心微球,并与热固性酚醛树脂复合,热压成型得到轻质酚醛树脂/空心微球复合材料。系统考察了碳化温度、循环酸洗、预氧化等对碳空心微球强度的影响。复合材料的力学性能和隔热性能分别通过压缩性能以及热导率测试进行表征。结果表明:直接碳化得到的碳空心微球破球率高、强度低;通过循环酸洗可以有效去除树脂球的灰分,破球率由28.07%降低至18.03%;进一步预氧化处理可以显著提高碳空心微球的强度,其破球率和等静压破球率分别为10.03%和17.34%;制备得到的酚醛树脂/碳空心微球复合材料具有优异的隔热性能和力学性能,热导率降低至0.115 W·m^(-1)·K^(-1),压缩强度为46.02MPa。

以橡子为碳源制备的空心磁性碳纳米球及其吸附性能

以橡子为碳源,通过高温煅烧法制备了粒径均匀的磁性空心碳纳米球(MHCNS)。经过HCl浸泡处理可得MHCNS-1,再经HNO3和NH3·H2O处理得MHCNS-2。MHCNS-2粒径均匀,直径为20~40 nm,球壁厚度为3~5 nm。MHCNS-2的尺寸可通过改变镍离子与氢氧化钾的添加量和比例进行调控。通过X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、振动样品磁强计等方法对制备的产物进行了表征,进而分析了其生长机制。MHCNS-2对于有机染料亚甲基蓝(MB)的吸附性能的实验结果表明,MHCNS-2具有强吸附性能,当MB溶液浓度为100 mg·L^-1时,吸附量可以达到185 mg·g^-1。MHCNS对布洛芬的载药释药实验结果表明,MHCNS-2载药率可达44%,释药率达70%,有着良好的载药与释药能力。