煤基炭纳米材料的构筑及其在储能领域的应用

煤炭清洁高效利用是煤炭产业精细化、高值化发展的必由之路。作为自然界广泛存在的高碳资源,以煤炭为原料开发煤基新型炭材料,拓展煤炭利用新途径是一个具有前景而富有挑战性的课题。近年来,研究者以煤炭及其衍生物为含碳前驱体,设计并构筑了具有丰富形态和结构的纳米炭材料,进一步考察了其在储能、催化、吸附与分离等领域的应用。本文综述了基于煤炭及其衍生物开发新型炭纳米材料的最新研究进展,重点介绍了针对不同煤阶煤制备炭纳米材料的设计合成方法和结构调控策略,讨论了煤基炭纳米材料在二次电池和超级电容器为主的储能过程中的应用。最后,对煤炭材料化利用的未来发展进行了展望,以期为先进煤衍生炭纳米材料的精细设计和可控制备等方面提供新的研究思路。

煤基氧化石墨烯/钒酸铋复合物的构建及光还原CO_(2)应用

双碳目标下,煤炭资源的高附加值利用和CO_(2)资源化转化成为重要的研究课题,以煤为原料开发功能性煤基材料用于CO_(2)绿色转化展现出广泛的应用前景。以晋城无烟煤为碳质前体,采用高温石墨化耦合化学氧化策略制备得到煤基氧化石墨烯(CGO),进而通过蒸发诱导自组装手段在CGO上生长钒酸铋纳米片(BVO),成功构筑得到CGO/BVO纳米复合材料,其独特的二维/二维纳米片结构有助于复合材料在可见光照射下完成光催化还原CO_(2)过程。通过利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光漫反射光谱(UV-vis)以及光电化学测试等手段对复合样品的结构形貌和光电性质进行了测定。研究表明:BVO纳米片具有窄的带隙以及宽的可见光吸收范围,可以赋予CGO/BVO复合材料良好的光吸收能力。同时借助CGO自身优异的物理化学性质充当助催化剂,可以有效转移BVO纳米片被光激发后产生的载流子。通过2者充分接触产生的协同作用,减小了复合材料界面传输电阻,提高了光生电子的分离与转移速率和光催化剂表面电荷密度,从而促进了CO_(2)光还原制甲醇反应的进行。当复合材料中CGO与BVO质量比达到10∶1时,所制备的CGO/BVO样品将CO_(2)转化为甲醇的产率可达134.57μmol/(g·h),是纯BVO纳米片的1.7倍。这项研究为煤基高附加值新材料用于光催化转化CO_(2)制备甲醇提供了新思路。

煤基碳量子点/氮化碳复合材料制备及其光催化还原CO2性能

以太西无烟煤为原料,采用化学氧化法制备煤基碳量子点(C-CQDs),进一步以C-CQDs和尿素为前体,原位复合制备得到煤基碳量子点/氮化碳(C-CQDs/g-C3N4)复合材料。采用TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis、PL等手段对样品结构性能进行了表征和分析,进而考察了其在光催化还原CO2合成甲醇过程的催化性能。研究表明:C-CQDs均匀地负载在g-C3N4的表面,且掺杂适量的C-CQDs有利于提高C-CQDs/g-C3N4的光催化活性,当可见光照12 h时,其光催化还原CO2甲醇产量最高可达28.69μmol/(g cat),约为相同条件下纯石墨相g-C3N4作用时甲醇产量的2.2倍。