表面含氧官能团对活性炭电化学性能的影响

采用浓硝酸对椰壳活性炭和杏壳活性炭进行液相氧化改性后,制成了以KOH为电解液的超级电容器的炭电极,研究表面含氧官能团在碱性电解液中对电容器电极的电化学性能的影响.运用低温N2吸附、XPS和FTIR表征活性炭孔结构和表面性质.研究结果表明,氧化后活性炭的比表面积和孔容降低,表面含氧量增大.且经硝酸氧化后炭表面的含氧官能团含量发生了变化,即在内酯基的含量减少的同时,羟基、羰基和羧基的含量增加,其中羟基含量的增幅最大.在50 mA/g电流密度下经过100次充放电循环,氧化后的椰壳活性炭和杏壳活性炭质量比电容分别达到193 F/g和150 F/g,均比氧化前提高了3000/以上.由XPS的分析结果判断,羟基对电极比电容提高的贡献最大.同时,在大电流充放电时,氧化后炭电极的比电容的衰减率明显低于氧化前.

超级电容器用活性炭电极表面氧化改性后的电化学性能

以椰壳活性炭和杏壳活性炭为原料,采用浓硝酸液相氧化改性处理后,制成以 KOH 为电解液的超级电容器的炭电极。采用低温 N_2吸附法表征了活性炭的孔结构性质,并采用循环伏安法和交流阻抗法考察了活性炭电极的电化学性能。实验表明,经浓硝酸氧化处理后,活性炭的比表面积和孔容降低,平均孔径增大。但由于氧化处理后材料赝电容的增加,椰壳活性炭和杏壳活性炭的放电容量不但没有降低.反由原来的114 F·g^(-1)和98 F·g^(-1)分别增大到166 F·g^(-1)和157 F·g^(-1)。同时,浓硝酸氧化降低了活性炭电极的表面电荷迁移电阻和时间常数。

纳米Fe_3O_4-活性炭混合超级电容器电化学性能的研究

研究了以纳米Fe_3O_4和活性炭(AC)为电极材料的超级电容器.以FeSO_4·7H_2O和氨水为原料,采用微波法制备出平均粒径为36nm的Fe_3O_4纳米粒子.组装了以6mol/L KOH溶液为电解液的Fe_3O_4/KOH/Fe_3O_4、AC/KOH/AC、Fe_3O_4/KOH/AC三种类型的模拟电容器.用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗法对电容器进行了电化学性能测试.结果发现,混合电容器的工作电压可达到1.2V.电流密度为0.5mA/cm^2时,正/负极质量比为1.5的Fe_3O_4/KOH/AC电容器的能量密度达到9.25Wh/kg,与AC/KOH/AC电容器相比,能量密度提高了53.4%.

流体力学半径对估算胶体微球聚集速率常数的影响

胶体粒子聚集速率常数实验值远低于理论值一直是被普遍关注的问题.聚集速率常数的理论推导是基于粒子的几何半径来考虑的,但决定粒子扩散速率及聚集速率的应该是粒子的流体力学半径(大于几何半径),因而它是使聚集速率常数实验值低于理论值的因素之一.影响流体力学半径的因素很多,其中,带电粒子在溶液中因表面存在双电层,会明显增大流体力学半径,造成聚集速率减慢.而双电层的厚度又随溶液中离子强度的不同而改变.本工作在聚集速率的公式中引入了修正因子,即几何半径与其流体力学半径之比,以修正由于用几何半径代替流体力学半径带来的误差.其中几何半径和流体力学半径可以分别用扫描电镜(SEM)和动态光散射(DLS)来测定.以两种粒径的聚苯乙烯带电微球为例,考察了在不同离子强度下,该误差的大小.结果发现,对于半径为30 nm的微球,用流体力学半径计算的慢聚集速率常数比理论值偏低约8%.该误差随离子强度增加而减少.对于快聚集情况,流体力学半径对聚集速率基本没有影响.

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭（英文）

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭。考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能。结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1。以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1。循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状。

苎麻基活性炭纤维超级电容器材料的制备

以天然植物纤维苎麻为原料,采用ZnCl2化学活化法,制备不同活化温度下的活性炭纤维,并组装成超级电容器,通过低温氮气吸附测定了活性炭纤维的BET比表面积和孔结构,发现比表面积随活化温度的升高而减小。电化学测试结果表明经过650℃活化的活性炭纤维超级电容器在50mA/g恒流放电时比电容达253F/g,并且具有较低的内阻和较好的功率特性以及较长的循环寿命。

三聚氰胺树脂基炭用作电化学电容器电极材料

在600～900℃对三聚氰胺树脂仅经炭化不经活化处理,制备了含氮量为4.93%～45.88%的三聚氰胺树脂基炭。采用低温N2吸附、元素分析和X射线光电子光谱法(XPS)分别测定了三聚氰胺树脂基炭的比表面积和孔结构、元素组成和表面元素组成,并采用循环伏安和恒流充放电考察其电容特性。结果表明:三聚氰胺树脂基炭具有较小的比表面积(最大102.6m2/g),在30%KOH水溶液中具有较好的电容特性。800℃热处理的样品CMF801在25mA/g时具有185.7F/g的最大质量比容量,单位面积比容量达到180.9μF/cm2,是普通活性炭的10倍;1000mA/g电流密度下的放电比容量达到142.4F/g,并表现出较好的功率性能和循环稳定性。

酚醛树脂基微孔炭的制备及双电层电容特性

以热固性酚醛树脂为原料,采用CO2物理活化法制备双电层电容器,用高比表面积活性炭.由氮气吸附法测定活性炭的比表面积和孔结构,采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察其在3000/KOH水溶液中的电容特性.结果表明,随着活化时间的延长,所得活性炭收率下降,比表面积、总孔孔容和质量比电容则不断增加;具有高比表面积和宽孔径分布的试样APF957质量比电容值最高,电流密度由50 mA/g提高到1000 mA/g时,其放电比电容由211.6 F/g降低到196.5 F/g,容量保持率达到9300/,显示出良好的功率特性.

纳米纤维负载型纳米零价铁基材料在环境修复中的应用研究进展

针对纳米零价铁(nZVI)复合材料存在易团聚和难分离回收等缺陷,导致其降解效率下降、使用寿命变短等问题,首先介绍了nZVI的制备方法及负载型nZVI基材料在治理土壤污染和水体污染等领域的最新研究成果,分析了nZVI去除污染物的反应原理;重点总结归纳了聚丙烯酸/聚乙烯醇复合纳米纤维膜、壳聚糖复合纳米纤维膜、聚苯胺纳米纤维膜、碳纳米纤维膜等纳米纤维负载型nZVI基材料的制备方法及其去除污染物效果;最后提出以静电纺丝纳米纤维为代表的载体材料,可以有效抑制nZVI团聚,提高分离回收性能及拓宽其实际应用范围,是负载型nZVI基材料应用于环境修复的新型有效载体。

锂硫电池隔膜的应用研究进展

锂硫电池存在正极活性材料导电性差、穿梭效应、锂枝晶生长等一系列问题,限制了其商业化发展。本文阐明了锂硫电池的工作原理和性能缺陷,介绍了隔膜改性的研究现状,从功能改性材料和静电纺丝生产工艺两方面总结了隔膜改性的主要思路和作用机理。

亚铁盐制备高结晶度MIL-100(Fe)纳米材料及其光降解有机染料性能

为了高效、低成本合成光催化性能优异MOFs纳米颗粒,首先将均苯三甲酸与氢氧化钠反应制备均苯三甲酸三钠盐水溶液,之后与亚铁盐(氯化亚铁和醋酸亚铁)水溶液在室温下搅拌24h,合成高结晶度和高稳定性的MIL-100(Fe)纳米颗粒。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、紫外-可见分光光度计等对MIL-100(Fe)纳米颗粒的晶体结构、形貌、光吸收和光催化性能进行测试表征,结果表明在紫外光照射下,MIL-100(Fe)/H2O2体系具有优异的光催化降解罗丹明B和甲基橙等有机染料性能。

铁盐对制备MIL-100(Fe)的影响及其光催化性能

三价铁盐和二价亚铁盐作为合成MIL-100(Fe)的铁源,对所合成产物的结晶度、形貌以及尺寸具有重要影响。以二价亚铁盐作为原料,利用室温水相合成法可获得八面体形状、高结晶度、高比表面积MIL-100(Fe)纳米颗粒;以三价铁盐作为原料,只能获得尺寸更小、低结晶度的Fe-BTC金属-有机聚合物纳米颗粒。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪、紫外-可见分光光度计等对MIL-100(Fe)和Fe-BTC纳米颗粒的晶体结构、形貌、光吸收以及对罗丹明B(RhB)吸附和光催化降解性能进行测试表征。结果表明:Fe^(2+)被弱碱性溶液缓慢氧化成Fe^(3+),进而形成MIL-100(Fe)的无机次级结构单元μ_3-OFe(Ⅲ)O_6,是合成高结晶度MIL-100(Fe)的关键。以FeCl_3为原料时,由于Fe^(3+)与BTC^(3-)快速反应,不利于形成μ_3-OFe(Ⅲ)O_6次级结构单元,因此产物为Fe-BTC纳米颗粒聚合物。Fe-BTC纳米颗粒粒径更小,且聚集态的纳米颗粒表面具有大孔或介孔结构,更有利于吸附物种以及光降解物种的扩散,因此,Fe-BTC对RhB的吸附和光催化降解性能优于MIL-100(Fe)。

室温快速合成HKUST-1应用于醇选择性催化氧化

利用溶剂诱导成核法,将HKUST-1前驱液滴加入甲醇溶液,在室温条件下即可快速合成HKUST-1晶体。X-射线衍射结果表明所合成的HKUST-1具有很高的结晶度;扫描电子显微镜显示该HKUST-1具有规则的八面体形貌,尺寸为2~3μm;N2吸附实验表明HKUST-1的BET比表面积高达1100m^2/g。利用HKUST-1含有大量的未饱和Cu^2+,以HKUST-1和2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)组成的催化体系,研究了HKUST-1/TEMPO对苯甲醇选择性氧化成苯甲醛的反应。催化结果表明,HKUST-1/TEMPO体系在无外加碱添加剂时,在三氟甲苯溶剂中,可将苯甲醇高效、高选择性氧化成苯甲醛。HKUST-1和TEMPO均是催化苯甲醇转化成苯甲醛的催化剂,两者缺一不可。HKUST-1催化前后结构未发生明显变化,催化剂循环利用4次后,对苯甲醇的转化率仍保持在80%以上,是优异的异相催化剂。

TEMPO功能化锆基MOFs的合成及醇催化氧化性能

采用有机骨架分子侧链嫁接有机小分子催化基团策略,合成出TEMPO自由基功能化的三联苯二羧酸有机配体H2tpdc-TEMPO。利用醋酸为调节剂,H2tpdc-TEMPO与ZrOCl2溶剂热反应可获得TEMPO功能化的UiO-68-TEMPO纳米晶体。UiO-68-TEMPO为单分散八面体形貌纳米晶体,尺寸在800-1200 nm之间,BET比表面积高达1320 m^2/g,固态电子顺磁共振谱(EPR)谱证明UiO-68-TEMPO骨架含有大量TEMPO自由基。UiO-68-TEMPO纳米晶体可将各种芳香一级醇、二级醇和杂原子醇高效、高选择性氧化成相应的醇或者酮。UiO-68-TEMPO纳米晶体可重复使用4次仍保持75%以上的催化效率。最后,提出了UiO-68-TEMPO催化氧化苯甲醇的机理,即TBN作为助催化剂产生NO2/NO氧化还原对,实现了O2将TEMPO自由基氧化为鎓氧正离子,最终实现苯甲醇氧化成苯甲醛。

钯在硝酸高铈铵溶液中的溶解工艺及宏观动力学研究

钯(Pd)是重要的战略金属,具有优异的理化性质,广泛应用于石油化工、汽车制造、航空航天和电子信息等领域。因其自然储量低,难以满足社会发展的需求,研究含钯二次资源回收技术,实现金属钯的循环利用具有重要意义。本工作针对传统湿法回收钯技术存在的酸耗高、NO_(x)排放量大等问题,提出了环境友好的硝酸高铈铵浸出新体系,考察了浸出剂浓度、酸度、添加剂浓度、反应温度、搅拌速度等因素对钯粉在硝酸高铈铵溶液中的溶解率的影响。结果表明,金属钯在混合体系中的溶解受到Pd表面吸附的显著影响。在没有Cl^(-)的情况下,金属钯表面吸附氧或者吸附NO_(3)^(-)形成了表面钝化,阻碍了Ce^(4+)与Pd原子的反应,5 h溶出率仅为0.2%。添加Cl^(-)后,通过竞争吸附能够有效破坏表面钝化层,构成突破点,从而加速钯的溶解反应。NO_(3)^(-)与Cl^(-)构成竞争吸附,更高浓度的硝酸根需要更高浓度的Cl^(-)启动溶解反应。优选浸出反应条件如下:硝酸高铈铵浓度1mol/L、硝酸浓度1 mol/L、盐酸浓度0.03 mol/L、反应温度80℃、搅拌速度200 r/min,在该条件下反应1.5 h钯粉的溶解率达到100%。钯粉在硝酸高铈铵溶液中的溶解过程符合化学反应控制的反应核缩减模型,表观活化能为58.7 kJ/mol,动力学方程为1-(1-x)^(1/3)=2264806e^(-58732/RT)t。

纳米Co/rGO磁性复合吸附材料的制备及对Cu^2+的吸附性能

以改进Hummer法制备的薄片状氧化石墨烯(GO)为载体和模板负载钴离子,然后采用原位还原法制得纳米金属Co/石墨烯磁性复合吸附材料(Co/rGO),并将其应用于对Cu^2+的吸附和脱除,以期为高效可复用的铜离子脱除剂的合成与应用提供指导。实验结果证实,Co/rGO复合材料具有超顺磁性,能够很方便的使用磁铁进行分离并在无磁场情况下振荡分散。Co/rGO复合材料对Cu^2+具有稳定的吸附/脱附性能,实验条件下对Cu^2+的最大吸附容量达到117.5 mg/g且5 min内实现吸附平衡,远优于其原料GO的60 min吸附容量27.6 mg/g。本工作系统考察了NaOH加入量、络合剂种类、溶剂种类等关键因素对Co粒子在rGO载体上形貌和分布特性的影响,比较了不同合成条件下的复合材料对Cu^2+吸附效果的影响,并对优选条件下制备的Co/rGO复合材料进行了FT-IR,XRD,SEM表征。研究结果表明,纳米Co/rGO磁性材料对Cu^2+的吸附过程更符合Freundlich模型,属于多层吸附。室温下吸附焓ΔH=17.81 kJ/mol,吸附反应平衡常数K^θ=3.65。当初始Cu^2+浓度为39.22 mg/L时,对Cu^2+的吸附率为93.47%,五次吸附/脱附循环后吸附容量仍保持在初始值的94%,每次吸附后溶液中残余Cu^2+浓度均满足钴电解液对杂质铜离子的浓度去除要求(5 mg/L)或GB 8978-1996污水综合排放标准3级(2 mg/L),有望在相关领域发挥作用。

有机单体空间构型对共轭微孔聚合物催化性能的影响

以TEMPO自由基功能化2,5-二溴-N-(2,2,6,6-四甲基哌啶)苯甲酰胺为有机单体,与平面三角构型(D3h对称性)的1,3,5-三乙炔苯和四面体构型(Td对称性)的四(4-乙炔基苯)甲烷分别通过Sonogashira-Hagihara偶联反应获得CMP-3-TEMPO和CMP-4-TEMPO。扫描电子显微镜照片(SEM)显示两种TEMPO功能化CMPs形貌上有显著差异,CMP-3-TEMPO为不规则的棒状和块状微米聚合物,CMP-4-TEMPO为尺寸较均一的微米球聚合物。固态电子顺磁共振谱(EPR)证明了CMP-3-TEMPO和CMP-4-TEMPO均含有TEMPO自由基。两种CMPs催化剂均可将5-羟甲基糠醛(5-HMF)选择性催化氧化成2,5-二甲酰基呋喃(2,5-DFF),但在催化效率和循环利用率方面存在显著差异。有机配体的空间立体构型对CMPs的形貌和催化性能有重要影响,选择具有空间立体构型的有机单体,所合成的CMP-4-TEMPO具有更稳定的结构,催化循环性能更优异。