具有中空和分级多孔结构的高效Co—N—C氧还原反应催化剂

开发一种低成本、高效率和稳定的燃料电池的氧还原反应(ORR)催化剂具有极大挑战性。作者通过先在纳米聚苯乙烯(PS)球体表面均匀生长ZIFs,然后分解核壳结构的ZIF@PS,开发了具有中空完整球形结构和大表面积的Co-N-C ORR催化剂,并进行了系统的表征。所制催化剂Co-NHCP-2具有分层的多孔结构,超大的比表面积(1817.24 m^(2) g^(-1)),吡啶-N、吡咯-N、石墨-N含量高,且Co分布均匀。作为一种高效的电催化剂,Co-NHCP-2催化剂具有高起始电位(0.96 V)、半波电位(0.84 V)和极限电流密度(5.50 mA cm^(-2))。与市场上的Pt/C催化剂相比,该催化剂在碱性溶液中表现出约4e的ORR途径以及更强的甲醇耐受性和更高的稳定性。这些结果表明,该Co-N-C复合材料可以作为一种有前景的ORR电催化剂。

分级多孔结构ZnO微球的制备及其光电性能

采用简单的低温化学溶液沉积方法制备了分级多孔ZnO微球。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、N2吸附脱附以及紫外-可见分光光度计（UV-Vis）等对样品进行了表征。结果显示产物为分级多孔结构的ZnO微球,由直径约10-20 nm ZnO颗粒组装而成,比表面积为40 m^2.g^-1。把多孔ZnO微球用作染料敏化太阳能电池（DSCs）光阳极,结果表明,该光阳极在增强对入射光的散射作用的同时,为染料分子的吸附提供了较大比表面积,从而提高了DSCs的光伏性能。

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe_2O_3@TiO_2)(英文)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法,设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2).透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe2O3@TiO2样品具备分级多孔结构,这是因为HP-Fe2O3@TiO2的内核(Fe2O3)具有大孔空隙,同时外壳(TiO2)具有介孔空隙.此外,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe2O3@TiO2的结构及其性质.分别在可见及紫外光照下,研究了样品在H2O2体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质.所观察到的HP-Fe2O3@TiO2纳米球的光催化性能,可归因于核-壳结构的协同作用,这进一步表明,TiO2外壳对α-Fe2O3的光催化活性有重要影响作用.在可见光照射下,HP-Fe2O3@TiO2(1mLTi(OC4H9)4(TBT))具有较优异的光催化活性.同时,HP-Fe2O3@TiO2(4mLTBT)具备优异的单分散形貌,并在紫外光照射下,表现出最优的光催化活性.

分级多孔结构Bi2WO6/TiO2纳米材料的生物模板法制备及其光催化性能

本文以玉米秸秆为生物模板,高温焙烧制备了具有玉米秸秆分级多孔结构的纯相二氧化钛(TiO2),再通过水热法制备了钨酸铋(Bi2WO6)/二氧化钛(TiO2)复合催化材料.运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外可见(UV-vis)漫反射等手段对催化材料的组成和微观结构进行了表征分析.结果表明,通过高温焙烧法制备的样品为纯相锐钛矿型TiO2,TiO2表面呈片状结构,通过多孔道相互联结形成多孔蜂窝结构,Bi2WO6呈花球状附着在TiO2表面,形成Bi2WO6/TiO2复合材料.以氙灯为光源,采用罗丹明B作为光催化降解污染物评价复合催化材料的光催化性能.结果表明:相较于纯相TiO2材料,Bi2WO6/TiO2复合材料在可见光下表现出对罗丹明B较好的催化活性.在氙灯光照射120min后,采用模板法制备的Bi2WO6/TiO2对罗丹明B的降解率高于无模板制备的Bi2WO6/TiO2复合材料,分别为99.3%和81.7%.在Bi2WO6/TiO2掺杂比为1∶2时,复合光催化材料表现出的光催化活性最好,并且在溶液pH=6、复合光催化材料投加量为0.4g时降解效果最佳.复合催化剂的光催化活性的提高主要由于Bi2WO6和TiO2形成了异质结构,提高了光生电子-空穴对的分离效率.

分级多孔结构ZnO的秸秆生物模板法制备及光催化性能

以玉米秸秆为生物模板,经过焙烧工艺制备了具有秸秆分级多孔结构的ZnO纳米材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析、氮气吸附-脱附分析(BET)、紫外-可见温反射光谱(UV-Vis-DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品的组成和微观结构进行表征.结果表明,通过模板法制备的ZnO为纤锌矿型,具有分级多孔结构,晶体粒径为46.2 nm,材料比表面积为32.8m^2/g.以亚甲基蓝为目标污染物,氙灯光照3.0 h后,采用模板法制备的ZnO对亚甲基蓝的降解率明显高于无模板ZnO,分别为98%和74%.研究了污染物浓度、催化剂投加量及重复使用对降解率的影响,结果表明,模板法制备的ZnO光催化性能稳定,可多次回收利用,重复使用5次后其降解率维持在95%.

液晶模板法制备Co_3O_4分级多孔结构薄膜和赝电容性能研究

采用液晶模板法制备Co3O4纳米薄膜,用循环伏安法和恒流充放电测试方法,表征分析其微观结构和电化学性能。结果表明:Co3O4薄膜是多晶体,呈分级多孔结构,该结构有利于电子和离子的扩散,可显著改善超级电容器的比电容,增强电容保持能力,是一种优良的超级电容器电极材料。

构筑准一维分级多孔结构对氧化镍电催化乙醇氧化的增强效应

利用氨的配合作用,采用配位沉淀法及后续煅烧处理制备具有分级多孔结构的准一维NiO粉末。通过与球形NiO比较,对纤维状NiO催化乙醇氧化的电催化性能进行研究。结果表明,纤维状NiO具有更大的比表面积(140.153 m^2/g)以及更低的电阻率(4.5×10~5Ω·m),从而在碱性介质中对乙醇氧化反应具有更优越的电催化活性。在0.6 V极化电位下,纤维状NiO在100~900 s的电流衰减仅为0.00003%,远低于球形NiO,显示其更好的稳定性。这种特殊的形貌和分级多孔结构使纤维状NiO作为直接乙醇燃料电池的阳极电催化剂具有很大的应用潜力。

基于导电双路径分级多孔结构的可拉伸电热致变色纤维

可拉伸变色纤维具有良好的服装植入性、透气透热性、柔性和可拉伸性.因此,目前对于可拉伸变色纤维的研究受到广泛关注.本文以导电纤维为芯层、热致变色涂层为壳层,制备了可拉伸电热致变色纤维.通过相转换法,在聚氨酯基体中构建了一维导电碳纳米管(CNTs)网络的分级多孔结构.通过在微孔表面沉积银纳米颗粒(AgNPs),使可拉伸导电纤维内形成AgNPs和CNTs的导电双路径,从而有效提高了纤维的电导率和电热性能,保证了电子的正常传输,有效避免了纤维在拉伸状态下电导率的急剧衰减.此外,通过连续的湿法纺丝方法可制备长达几米的可拉伸导电纤维.涂覆热致变色涂层后,所制备的电热致变色纤维可完美地植入到织物中进行多种图案的编织,并实现多种颜色变化,在可穿戴显示、自适应伪装等智能服装领域具有广阔的应用前景.

分级多孔六边形球霰石板块的快速制备及应用

以羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan,CMC)、氯化钙和碳酸钠为原料,采用超声波辅助低温共沉淀法,在反应温度为0℃、CMC添加量为5%(质量分数)和反应时间为12 s条件下,快速制得形貌独特、孔径集中于0.6~8.0 nm的分级多孔六边形球霰石型碳酸钙板块,并用颗粒附着结晶机理解释了其形成过程。在共混制备碳酸钙/壳聚糖复合膜中,六边形球霰石板块的表观粒度大、容易分散,而且其分级孔隙结构便于壳聚糖的快速渗入,从而提升了壳聚糖与碳酸钙之间的界面相容性,使壳聚糖/碳酸钙复合膜展现出优异的力学性能:当分级多孔六边形球霰石板块的添加量达6%(质量分数)时,壳聚糖/碳酸钙复合膜的抗拉强度高达44.2 MPa,断裂伸长率为11.4%。该研究为探索碳酸钙的生物矿化机理和高性能复合膜的制备提供了新的思路。

超电容电极用生物质多孔炭分级孔构造研究进展

生物质具有环境友好、来源丰富以及天然分级结构等特性,在超电容电极用电极材料制备研究领域受到了广泛的关注。相互连通且具有不同尺度孔隙的分级多孔结构有利于提高超级电容器的电容性能及倍率特性。大量的研究工作通过选取不同种类生物质、探究各种制备方法来制备生物质基分级多孔炭,目前以生物质基多孔炭为电极材料的超级电容器的性能基准已经从约200F/g(1A/g)提高到了约300F/g(1A/g)。该文总结了生物质基分级多孔炭超电容电极材料制备的研究进展,讨论总结了生物质原料特性对结构构造的正面效果,对涉及到的制备方法进行了回顾与展望,并着重介绍了环境友好的绿色造孔方法(尤其是低毒低腐蚀活化剂)的最新进展。

甘蔗渣制备生物形态分级多孔木质陶瓷

采用甘蔗渣为生物质原料,浸渍环氧树脂后(两者质量比为2.5∶1)高温烧结制备了分级多孔木质陶瓷。使用XRD、SEM、TG等手段研究了木质陶瓷的物相组成、微观形貌和热稳定性,通过压汞法和氮吸附法分析了木质陶瓷从微米到纳米范围的分级多孔结构。研究结果表明,木质陶瓷主要由非石墨化碳层和微量的磷石英组成。木质陶瓷保留了甘蔗渣的管状孔洞,具有从宏孔到介孔分布的分级多孔结构。木质陶瓷的宏孔孔径分布主要在0.4～6μm之间,BET表面积最高达39.7m2/g。随着烧结温度的升高,木质陶瓷的BET表面积、介孔体积和平均孔径都降低。

清江河虾头胸甲基富氮/氧分级多孔叠炭片的制备及电化学性能

以废弃的清江河虾头胸甲为原材料,采用简便的一步二氧化碳炭化活化处理工艺,使头胸甲中的部分氮/氧元素以原位掺杂的形式保留,同时以头胸甲叠层中均匀分布的碳酸钙作为原位模板,快速制得富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片材料。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、激光拉曼光谱仪和比表面积测定仪等对样品进行了表征。结果显示,富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片具有相互贯通的“特大孔-大孔-介孔-微孔”多级孔道,并具有高的比表面积(1012.2 m^(2)/g)和孔体积(0.975 cm^(3)/g)、高的氮含量9.15%(质量分数)和氧含量26.0%(质量分数)。基于这些独特的结构特征,头胸甲基叠层生物多孔炭展现出优异的电化学性能:在电流密度为0.5 A/g时,最高质量比电容高达380.2 F/g;当电流密度增加到10 A/g时,质量比电容仍有187.5 F/g,说明该电极具有较好的倍率性能。在10 A/g的充放电电流密度下循环5000次后,头胸甲基叠层生物多孔炭的容量保持率高达93.6%。优良的电容性能显示废弃的清江河虾头胸甲在超级电容器电极材料方面具有很好的应用前景。

多元素掺杂木质素基多孔硬碳材料的制备及应用

在钾离子电池负极材料中,生物质碳材料因其来源丰富、无毒可降解的优势有着良好的发展前景。然而,复杂的制备流程、相对较低的容量以及较差的循环性能限制了它的应用。以造纸工业废品木质素为前驱体,通过直接碳化法成功制备出多元素掺杂木质素基多孔硬碳(HC)。作为钾离子电池负极,HC具有较高的可逆容量(0.1 C时容量为312.5 mAh/g)、良好的倍率性能(2 C时容量为107.6 mAh/g)以及循环稳定性(0.5 C下经过200次循环后,容量保持在125 mAh/g)。优异的电化学性能归因于分级多孔结构以及N、O、S等多种元素掺杂产生的丰富缺陷和反应活性位点。更重要的是,相对简单的制备流程可以有效缓解工业木质素带来的环境污染和资源浪费问题,因此HC具有巨大的商业化应用潜力。

以荷花花粉为模板合成分级多孔金属氧化物中空微球

以荷花花粉为模板,利用简便、经济的湿化学法合成系列分级多孔金属氧化物中空微球(MnO_(2)、MnO_(3)、LaCoO_(3)),通过XRD、XPS、SEM、N_(2)吸附-脱附分析对合成样品的物相结构与微观形貌进行表征。结果表明,荷花花粉模板法合成的MnO_(2)、MnO_(3)、LaCoO_(3)中空微球成功复制了花粉的分级多孔结构,其比表面积分别高达115.64、48.65、85.33 m^(2)/g,包含有尺寸在2~100 nm的多级孔径分布。该生物模板法为分级多孔金属氧化物中空微球的合成提供了一种绿色、简单的合成思路。

酸酐化LLDPE/PS增容母料对PLA/LLDPE/PS共混物性能的影响

在聚乳酸(PLA)/聚苯乙烯(PS)/线型低密度聚乙烯(LLDPE)(质量比40:30:30)共混物中加入酸酐化LLDPE/PS(质量比50:50)增容母料,考察增容母料用量对共混物力学性能、热性能、动态流变性能、微观形貌和孔径分布的影响。红外分析表明,共混体系加入酸酐化增容母料后有(LLDPE-g-PS)-g-PLA接枝共聚物生成;力学性能测试表明,在加入质量分数10%的增容母料后,相较于简单共混物,其拉伸强度提高了160.5%,断裂伸长率提高了184%,继续增大增容母料用量,力学性能提升并不明显;热性能分析表明,共混物中的PLA相结晶规整度提高,加入10%增容母料后,PLA的熔点(Tm)上升了2.03℃,LLDPE的结晶温度(TC)上升了1.23℃;动态流变测试结果表明,随着增容母料用量的增大,共混物的储能模量(G')、损耗模量(G'')和复数黏度(η*)均有上升,损耗因子(tanδ)下降;扫描电镜分析表明,加入增容母料使共混物相分散均匀、相尺寸减小;压汞仪测试表明,共混物经正庚烷、环己烷抽提后,遗留的“PLA”形成了分级多孔结构,增容母料的加入,使“PLA”孔径缩小,比表面积增大。

百香果皮基原位氮掺杂多孔碳/硫复合正极的制备及储锂性能

以生物质百香果皮为碳源,KHCO3为活化剂,采用同步活化碳化方法制备原位氮掺杂的分级多孔碳材料,将其与单质硫复合制得多孔碳/硫正极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征技术对制备材料的物相组成、微观形貌、比表面积及孔结构进行研究分析。同时,利用紫外可见吸收光谱研究了多孔碳对多硫化物的吸附作用,用恒电流充放电测试了不同硫含量(60%~80%)的多孔碳/硫复合正极材料的电化学性能。结果表明,制得的多孔碳材料为无定型,具有1093 m^(2)·g^(-1)的高比表面积和0.63 cm^(3)·g^(-1)的孔容;丰富的多孔结构和原位氮掺杂对多硫化物的物理化学协同吸附作用,有效降低了锂硫电池的“穿梭效应”,提高了电池的放电比容量和循环性能。硫含量为60%的多孔碳/硫复合材料,在0.05C和0.2C倍率下可释放1057.7和763.4 mAh·g^(-1)的高初始放电比容量,在1C的高倍率下循环300次后的保持率为75%。

基于BiCl_(3)调控、ZIF-8转化的分级多孔硬碳结构设计及在钠离子电池中的应用

从微观多孔结构设计的角度出发,以ZIF-8为碳化前驱体,采用Bi Cl_(3)对硬碳微孔、介孔结构进行调控,实现了分级多孔硬碳结构的可控设计与调控优化,有效提高了Na^(+)的扩散能力,提高了钠离子动力学。结果表明:该分级多孔碳表现出优异的倍率性能,在2 A/g和5A/g时,可逆比容量分别为225 m A·h/g和177 m A·h/g。通过分级多孔硬碳微孔和介孔结构对储钠过程影响机制的研究发现,微孔结构有利于平台区Na^(+)的扩散;介孔结构主要通过增大比表面提供更多的缺陷位点,促进Na^(+)的吸附,提升斜线区储钠容量。

磁性Fe,N共掺杂分级多孔石墨化碳气凝胶的制备及其电化学、吸附性能

以天然含氮聚多糖壳聚糖作为碳源和氮源,Fe Cl_(3)作为铁源,经溶胶-凝胶、高温碳化和KOH高温活化3个步骤,得到一种Fe,N共掺杂的分级多孔石墨化纳米碳材料(Fe NC气凝胶).该系列样品均具有大的比表面积(最高达3103 m^(2)/g)、较低的密度(约27 mg/cm^(3))和良好的磁响应能力,氮掺杂量接近4%,Fe以纳米Fe@Fe_(3)O_(4)和Fe-N形式掺杂.电催化氧还原(ORR)性能测试表明,Fe NC气凝胶样品均表现出良好的ORR活性,且随着铁掺入量的增加而增强;电容性能测试表明,Fe NC气凝胶均表现出良好的双电层电容性能和循环使用稳定性,且随着铁掺入量的增加而减弱.吸附性能测试表明,Fe NC(1-20)-K800样品对阴离子染料甲基橙、中性染料罗丹明B、阳离子染料结晶紫和孔雀石绿的饱和吸附量均在400 mg/g以上;其中,对孔雀石绿表现出特异性吸附,饱和吸附量达816 mg/g,且能通过外加磁场很好地分离回收.

新型木质基电催化析氧析氢材料的研究进展

随着全球对新能源需求的持续增加,高效、稳定、绿色、环保的能源生产方式受到越来越多的关注。木材是一种典型的来源广泛、绿色环保的可再生资源,且具有分级多孔结构和丰富的碳成分。近年来,木材被用作基底材料,经过高温碳化或活化处理后,作为新型电化学能源转换器件的3D自支撑电极引起研究学者们极大兴趣。在电化学能源转换器件的制备中,可充分利用木材独特的开放型垂直孔道和横向微纳孔隙结构,提高活性粒子的负载量、促进离子的传输,进而从两个方面实现催化性能的提高。文中总结了木质基电催化析氧析氢材料的研究进展,着重介绍了木材的种类、结构、组成对电催化性能的影响,探讨了木质基电催化材料今后的发展前景,为高性能、环境友好型的新型木质基电催化材料的设计提供新的思路,助推绿色低碳新能源的创生与发展。

生物质衍生硬炭在电化学储能系统中的应用

硬炭具有理论容量高、倍率性能好、结构稳定等优点,是一种颇具潜力的储能系统电极材料。近年来,以具有分级多孔结构的生物质为前驱体制备具有独特微观结构的硬炭,是电化学储能领域的研究热点。基于国内外的研究成果,综述了生物质衍生硬炭在锂离子电池、钠离子电池与超级电容器中的储能研究:首先列举了生物质炭的常见来源,通过分析其微观结构优势论述其作为储能负极的可行性;然后总结了常见的制备方法,以及提高其充放电容量和首次库伦效率(ICE)的改性手段;最后总结和分析了其发展趋势与前景。总之,生物质衍生硬炭原料来源广泛、价格低廉,电化学性能优异,有望在电化学储能领域发挥作用。