生物油分级多孔碳超级电容器电极材料的制备及性能

以稻壳生物油为碳源,氯化镁(MgCl_(2))为模板剂,采用草酸钾(K_(2)C_(2)O_(4))活化制备分级多孔碳(BOCs),研究了工艺参数对多孔碳物理化学特性的影响,并测试其电化学性能。结果表明,K_(2)C_(2)O_(4)作为活化剂可对碳骨架产生蚀刻效果,大幅增加碳的孔隙结构;MgCl_(2)作为模板可以改善活化效果并提高介孔率。最佳工艺参数下制得的BOC-3具备高比表面积(1961.1m^(2)/g)、高介孔率(47.25%)、高含氧量(15.0%,原子分数)的特点和三维泡沫结构。得益于这些特性的多重协同效应,BOC-3的质量比电容可达280F/g,5000次循环充放电后比电容保持率仍达到94.8%,具有优异的倍率性能和循环稳定性。本研究表明以MgCl_(2)为模板结合K_(2)C_(2)O_(4)进行活化的工艺,可作为从生物油制备高性能超级电容器用分级多孔碳的有效途径,有利于实现生物油的高价值利用。

轻质三维分级多孔碳的大规模制备以及电化学、导电性能的研究

以弱酸性阳离子交换树脂为原料,采用化学活化法大规模合成了轻质三维分级多孔碳(3D-HPC)。3D-HPC的最大比表面积和孔体积分别为650.85 m^(2)/g和0.423 cm^(3)/g,堆积密度仅为0.06 g/cm^(3)。材料展现了较为优良的电化学性能,在0.5 A/g电流密度下,3D-HPC展现出126.89 F/g的比电容,在1 A/g下充放电5000次后,电容的保持率仍达到87.7%。当制备成水性浆料时,浆料的电导率达到了3.25MS/cm,具备了优良的导电性。同时,水性涂料具备良好的稳定性以及分散性。因此,3D-HPC具有良好的电化学和导电性能,可以作为超级电容器或者水性涂料的潜在商业级原料。

基分级多孔碳复合相变材料的制备与性能研究

以木质素为原材料,通过模板法和化学活化法制备出木质素基多孔碳LTC和木质素基分级多孔碳LTCA,以LTCA为载体,采用真空浸渍法负载相变材料聚乙二醇(PEG4000),制备出木质素基分级多孔碳/聚乙二醇(LTCA/PEG)复合相变材料。通过扫描电镜、透射电镜、全自动比表面积及孔隙分析仪、X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试。结果表明,通过模板法和化学活化法结合制备的木质素基分级多孔碳材料拥有较大的孔隙率和孔容以及较高的比表面积。以其为载体制备的LTCA/PEG复合相变材料具有较好的相变储热效果,负载聚乙二醇的质量分数可以达到85%,熔融潜热为85.3 J/g,达到了较好的定形相变效果及良好的热稳定性。

聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能

以空心介孔硅球为模板,酚醛树脂乙醇溶液为碳源制得了分级多孔碳(HPCs)。以酸化处理后的HPCs为载体、对甲苯磺酸(p-TSA)为掺杂剂、三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯-分级多孔碳(PPy-HPCs)纳米复合材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试技术对复合材料进行了形貌结构和电化学性能的研究。结果表明:聚吡咯成功地包覆在HPCs的表面,随着聚吡咯含量的增加,复合材料的比容量呈现先增大后减小的趋势。当聚吡咯的质量含量为34.9%时,复合材料在电流密度为0.1A/g时达到最大比容量(316F/g),在1A/g的电流密度下循环1 000次后,比容量保持率为95.8%,聚吡咯的引入有效地提高了HPCs电极材料的电化学性能。

分级多孔碳用于双电层电容器

以嵌段聚合物F127为软模板、球形SiO2颗粒为硬模板,结合KOH后活化的方法,制备具有球形大孔、大孔周围分布有介孔和微孔的分级多孔碳材料。用循环伏安法对产物的电容特性进行分析,发现产物的电容特性和高倍率性能良好,在无需另加导电物质的情况下,比电容在扫描速率为5 mV/s时为135 F/g,在扫描速率为400 mV/s时仍有104 F/g。

原位MgO模板法制备酚醛树脂基分级多孔碳材料及其特性研究

通过简单、经济且高效的原位MgO模板法制备分级多孔碳材料。在该方法中,以酚醛树脂作为碳源,柠檬酸镁为模板,通过热解聚合物和模板前驱体的混合物并结合KOH活化来制备有序分级多孔碳材料(APRC)。由于聚合物、MgO和KOH的协同作用,所制备的APRC具有独特的均衡分级多孔结构特征,包含大量微孔、中孔和大孔。此外,APRC具有较高比表面积和良好导电性,独特的微结构赋予APRC优异的电容性能,在6mol/LKOH水溶液中,扫描速度为5mV/s,APRC电极具有214F/g高的比电容,同时具有高的倍率性能(扫描速度增加到100mV/s时,比电容保持率为75%)和优异的循环耐久性(扫描速度为50mV/s,经5000次循环电容保持率为95.1%)。这些结果表明所制备的分级多孔碳材料在高性能双电层电容器中具有潜在应用价值。

海带衍生的分级多孔碳对四环素的高效去除

本文提出了一种以海带为碳源,以氢氧化钾为活化剂制备新型分级多孔碳材料的简便方法.制备的氢氧化钾活化的海带质多孔碳对四环素表现出较强的吸附作用,饱和吸附量高达853.3 mg/g,显著高于其他四环素吸附剂.海带质多孔碳表现出的对四环素的高吸附量归因于其较大的比表面积(2614 m^(2)/g)和分级的多孔结构,以及海带质多孔碳与四环素之间存在较强的π-π相互作用.此外,制备的海带质多孔碳吸附动力学快,30 min可去除99%的四环素.同时,吸附后的海带质多孔碳可以再生重复利用,进行4次循环吸附后吸附容量没有明显降解.更重要的是,pH和离子强度几乎不影响海带质多孔碳的吸附性能,说明四环素的吸附过程不是静电作用主导的.以海带质多孔碳组装的固定床吸附柱(内含0.1 g吸附剂)在满足出水条件下,可以连续处理5.0 mg/g四环素的污染水2780 mL,具有较好的处理效果.总而言之,本文制备的海带质多孔碳对四环素吸附量容量大、吸附速率快、抗干扰能力强、可重复使用性好,使其在实际处理四环素污染的应用中具有很大的可行性.

ZIF-8基三维分级多孔碳材料及其超级电容器的应用

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)具有孔径可调、高比表面积、优异化学稳定性和丰富的氮元素等优点,是制备多孔碳材料理想的前驱体。本文以自制ZIF-8为前驱体,经氮气气氛下950℃高温炭化制备三维分级多孔碳材料(3D-HPCs),显示出良好的电化学特性。该碳材料包含大量的微孔(<2 nm),以及部分中孔(2～4 nm),由于微孔、中孔和氮掺杂的协同作用,该三维分级多孔碳材料具有较高的电容特性和较低的离子扩散阻力。当电流密度为1 A/g时,3D-HPCs电极的比电容为187 F/g,当电流密度增至20 A/g,比电容保持率高达74%,展现出较高的比电容和良好倍率性能。循环寿命测试显示,在50 mV/s经5000次循环比电容无明显衰减,显示较好循环稳定性。

双模板协同合成氮硫铁共掺杂分级多孔碳材料的电催化性能

通过MgO/ZnCl_(2)双模板协同作用和一步热解的方法制备氮硫铁共掺杂分级多孔碳材料,研究了该材料的氧还原反应电催化性能。结果表明:采用该方法成功合成了具有碳纳米片结构的氮硫铁共掺杂分级多孔碳材料,比表面积较大,为1 140.31 m^(2)·g^(-1);ZnCl_(2)模板促进了微孔的形成,有助于形成致密的活性位点;MgO模板促进了介孔的形成,有利于氧还原反应电催化过程的传质;该材料在碱性电解质中表现出优异的氧还原反应电催化活性、良好的电催化稳定性和持久性以及较快的电子转移速率,氧还原反应的起始电位为1.05 V,半波电位为0.81 V,电荷转移电阻为11Ω·cm^(2),经过13 h极化后保留了原始电流密度的83%;用该材料组装的锌-空气电池的开路电位为1.42 V,最大功率密度为182.1 mW·cm^(-2)。

稻壳基三维分级多孔碳/二氧化锰复合材料的制备及电化学性能研究

采用原位化学沉淀法合成稻壳基三维分级多孔碳/二氧化锰(RHC/MnO2)复合材料,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、自动物理吸附仪等对复合材料的表面官能团结构、微观形貌和氮气吸附-脱附等温线及孔径分布进行分析。结果表明:MnO2均匀地分布在稻壳基三维分级多孔碳(RHC)表面,其中RHC呈无规则蜂窝状孔洞结构,比表面积高达1024.5m2/g,含有丰富的大孔、介孔和微孔。高度多孔和导电的碳骨架可以有效地增强纳米MnO2的电化学性能。在电流密度0.5A/g条件下,RHC/MnO2复合材料的比电容达到212.0F/g,为RHC比电容的1.5倍;电流密度为5A/g时,循环3000次后复合材料比电容保持率保持在85.0%,表现出良好的倍率性能和循环性能。利用稻壳基RHC微观结构中相互连接的分层孔隙,将RHC与MnO2结合实现了纤维素资源的有效利用。

水污染治理K_(2)CO_(3)-尿素活化毛竹制备分级多孔炭及其对RhB的吸附作用

以毛竹粉为原料,低腐蚀性K_(2)CO_(3)和尿素作为活化剂,制备毛竹基活性炭(PAC),分别利用SEM和N_(2)物理吸附仪(Autosorb-iQ)表征活性炭的表面形态和微观孔结构特点,研究不同p H值、时间和PAC用量等因素对PAC吸附RhB性能的影响,并分析其吸附规律。结果表明,当毛竹粉、K_(2)CO_(3)和尿素的质量比为4∶2∶1,热解温度为600℃,活化时间为60 min时,PAC具有微-介孔共存、高比表面积(2 554.85 m^(2)/g)和总孔容大(0.98cm^(3)/g)的特点。PAC对Rh B表现出良好的吸附效果,45℃时最大静态平衡吸附量达到707.29mg/g,且准二级动力学模型对PAC吸附RhB具有更好的拟合性,即吸附过程以化学吸附为速度控制步骤;吸附等温线试验则表明,Langmuir和Freundlic这2种模型与吸附过程均有较高的拟合度,但Langmuir模型的R^(2)更接近1,属于以单层吸附为主同时存在非均匀多层吸附的行为;热力学结果分析表明,PAC对RhB吸附过程的△G°<0,△H°>0,△S°>0,说明吸附行为是自发进行,且以化学吸附为主。

分级多孔碳复合吸波材料研究进展

包含大量不同孔径且相互交错贯通孔的分级多孔碳具有低密度、高比表面积以及高介电性能的特点,在电磁波吸收方面具有极大的潜力。综述了分级多孔碳材料的来源、结构、组成及特点,总结了分级多孔碳作为吸波材料的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。

葡萄糖酸锌自活化制备多孔碳材料及其电容特性研究

采用绿色自活化法,以葡萄糖酸锌为自活化剂,L-组氨酸为氮源,通过煅烧制备具有3D蜂窝结构的多孔碳材料。结果表明:煅烧温度对碳材料结构、孔隙形成以及超级电容器性能具有显著的影响;制备的多孔碳材料ZGH-700具有大比表面积(481.2cm^(2)/g)和微孔、中孔的分级孔结构;氮元素和氧元素能够均匀地分布在多孔碳材料表面。由于表面的特殊多孔结构和均匀分布的杂原子,ZGH-700在电流密度为0.5A/g时比电容为209.5F/g,倍率性能良好。

多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢

合成了蜂窝状的分级多孔碳,并以多孔碳为载体通过浸渍-化学还原法制备碳载镍(Ni/C)作为催化氨硼烷水解制氢的催化剂。采用XRD、BET、SEM、Raman、TEM等手段对样品进行了表征并研究了Ni/C室温催化性能。结果显示,多孔碳比表面积高达737 m2·g-1,具有部分石墨化结构;负载的非晶态镍纳米颗粒平均粒径约为10 nm,均匀分布在碳基材。碳载镍对氨硼烷水解反应具有良好的催化活性,镍负载量为30wt%时催化性能最佳,298 K温度下放氢速率达到1 304.67 m L·min-1·g-1,活化能为29.1 k J·mol-1,并且具备一定的催化稳定性,表明Ni/C可作为一种廉价高效的催化剂应用于催化氨硼烷水解制氢。

用金属生物大分子配合物前驱体制备多孔碳球及其电化学性能

以天然生物大分子鞣花酸(EA)为有机配体,Zn(CH_3COO)_2·2H_2O为锌源,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,在室温下经超分子自组装形成金属生物大分子配合物(Zn EA)前驱体,再经碳化制备了分级多孔碳球.研究了不同碳化温度和酸洗处理过程对多孔碳球的结构、形貌、比表面积和电化学储能的影响.结果表明,在惰性气氛下,1000℃下碳化制备的多孔碳材料(C-Zn EA-1000)的比表面积高达1238 m^2/g,最可几孔径分布约为4 nm;在6 mol/L KOH电解液中,扫描速率为5 m V/s时比电容为216 F/g.当扫描速率由5 m V/s增加到100 m V/s时,其比电容保持率为84.67%,显示了优异的倍率特性.在1 A/g的电流密度下,经过5000周充放电循环后比电容的损失仅为3%,具有优异的循环稳定性.

柚子皮基多孔碳的制备及电化学性能

以生物质为原料制备多级孔径分布的高质量多孔碳。在室温下用磷酸(H 3PO 4)浸泡柚子皮,利用冷冻干燥保护原有多元素组分和多孔隙结构,通过一步碳化法制备多孔碳材料。材料的比表面积达1090 m 2/g,总孔容为0.754 cm 3/g,微孔体积为0.078 cm 3/g,平均孔径为2.77 nm。使用该材料的超级电容器具有良好的倍率性能和循环稳定性,在-0.2~0.7 V充放电,电流为1 A/g时的比电容达到89 F/g;电流增加至20 A/g时,比电容仍有56 F/g,循环100000次的电容保持率为97.24%。

不同孔结构碳电极材料亲电解质性改性及电化学性能研究

碳电极材料良好的亲电解质性能够促进电解质离子在其表面吸附/脱附,从而提高其电化学性能。为了探究亲电解质性对不同孔结构碳电极材料电化学性能的影响,采用悬浮聚合、可逆加成断裂链转移活性聚合和超浓乳液聚合分别制备碳微球、介孔碳和分级多孔碳,并将具有良好亲水性的聚乙二醇(PEG)分子刷接枝在三种碳材料的表面改善它们的亲水系电解质性。电化学测试表明,相比于碳微球和介孔碳电极材料,亲水系电解质性对分级多孔碳电极材料的电化学性能的影响更为显著。在电流密度为0.625 A/g时,PEG改性的分级多孔碳电极材料比容量比未改性的分级多孔碳电极材料的比容量高245.4%。此外,当电流密度提高10倍(6.25 A/g)时,PEG改性的分级多孔碳电极材料比容量仍然达到其在0.625 A/g电流密度下比容量的64%。

氮掺杂多孔碳电极CDI技术对水中四环素和硬度离子的高效去除

为解决水体中过剩四环素(tetracycline,TC)与水硬度离子(Ca^(2+)和Mg^(2+))等共存带来的复杂环境污染问题,采用分散聚合法将含氮单体聚合成手风琴状碳前驱体并将其碳化后,制备得到氮掺杂多孔碳材料(nitrogendoped porous carbon,NPC),采用电容去离子技术考察了NPC电极同步去除不同水体、pH、初始浓度中TC和水硬度离子的能力。结果表明:Langmuir,Freundlich和Temkin模型对NPC样品电吸附TC的吸附等温线分别进行拟合,发现电吸附过程包含了化学吸附、强静电吸附和物理吸附等机制,吸附过程较为复杂;NPC独特的手风琴状层次结构,使得TC的电吸附容量高达854.3 mg·g^(-1),是传统自吸附的2.4倍(350.6 mg·g^(-1));稳定的层次结构与高导电碳网络结构,协同增强了NPC电极的吸附稳定性、再生性和循环稳定性,使其在自然水体中经过200次吸-脱附后吸附容量仍可保持在78%以上。由此可知,基于CDI技术的氮掺杂多孔碳电极能够有效地同步去除水体中的四环素和硬度离子。该研究结果可为复杂水体污染处理提供参考。

Ni6MnO8/HPC的制备及超级电容性能

采用模板辅助共沉淀法制备立方铜铅矿型镍锰氧化物(Ni6MnO8)与分级多孔碳(HPC)的纳米复合材料Ni6MnO8/HPC。通过XRD、X射线电子能谱、SEM、N2吸-脱附和电化学测试等方法,分析样品的晶型、结构、化学组成、表面形貌和电化学性能。Ni6MnO8/HPC复合材料中,直径300~400 nm的murdochite型Ni6MnO8纳米颗粒均匀分布在HPC孔洞内部及周围,比表面积为151 m^2/g。以6 mol/L KOH作为电解液在-0.20~0.35 V充放电,复合材料在0.5 A/g时的比电容达1 351.14 F/g,循环2 000次的电容保持率为94.6%。