中空碳材料用于钠离子电池负极的研究进展

实现钠离子电池等储能设备的大规模应用对于能源的可持续发展以及完成“碳达峰碳中和”目标具有重要意义.开发高性能的负极材料可提升钠离子电池的能量密度和循环稳定性,是实现钠离子电池大规模应用的关键性因素.中空碳材料因其独特的结构而具有优异的倍率性能与循环稳定性,作为钠离子负极材料具有广阔的应用前景.本文从多角度出发,综合评述了中空碳材料的合成方法,以及其形貌、杂原子修饰策略与储钠性能之间的关系,并对其未来发展方向进行了展望.

氮掺杂中空碳材料的制备及其超级电容性能研究

鉴于传统化石能源的不可再生性,目前针对清洁能源的研究越发紧迫与重要。伴随新能源汽车等一系列以电能为主要动力来源的交通工具的发展,市场对储能器件的要求也日益提升,其中锂电池、燃料电池、超级电容器等方向备受青睐。双层超级电容器由于其充放电行为只涉及物理变化,过冲与过放均不会对其电化学性能产生影响以及速充放电等特点备受市场的期待。本工作采用“一锅煮”的方法合成了性能优异的氮掺杂中空碳材料,并将其应用于超级电容器。通过电化学性能测试发现,氮掺杂以后能够有效提高材料的导电性能,加快离子的传输,在1 A/g恒电流充放电时,比电容可达76 F/g,循环2000次的电容保持率达到98%。

氮掺杂中空多孔碳材料活化过一硫酸盐催化降解双酚A

在高级氧化(AOPs)过程中,合理设计出环境友好、稳定高效的催化剂对水污染降解具有重要意义。使用原位聚合的方法合成了氮掺杂中空多孔碳材料(NHPC),并将其作为催化降解双酚A(BPA)的过一硫酸盐(PMS)活化剂;结合动力学分析与多种表征手段,探究了结构缺陷、sp^(2)杂化碳、氧官能团和3种典型的N键构型(吡啶N、吡咯N和石墨N)等因素对催化氧化反应性能的影响。BPA的反应速率常数与石墨N含量呈线性相关,表明石墨N是主要活性位点。同时,热处理可以通过再生石墨N来恢复催化剂活性,再生后的催化剂性能优于未使用的催化剂。自由基猝灭实验和电化学测试分析确定了NHPC-800/PMS体系主要是通过超氧自由基(O_(2)^(·-))介导的自由基过程降解双酚A(BPA)。加深了对氮掺杂碳基催化剂活化过硫酸盐的理解,对其在环境修复中的实际应用具有指导意义。