含氮多孔炭的制备及其在二氧化碳吸附中的应用

以甲醛(F)和间苯二酚(R)为炭源,赖氨酸为催化剂,采用快速溶胶凝胶法所制含氮多孔炭(RFL)对CO2具有较高的吸附能力;为增加RFL的氮含量,引入适量的三聚氰胺(M),制得的多孔炭(RFLM)含N量增加,比表面积和孔体积也有所增加;在合成体系中进一步引入谷氨酸(G),可使聚合反应速率得到控制,且多孔炭(RFLMG)的织构性质也得到进一步优化。RFLM和RFLMG对CO2的吸附能力较RFL弱,说明多孔炭的含N量与其对CO2的吸附能力没有明确的线性关系,而含氮官能团的存在形式会影响多孔炭对CO2的吸附能力。

间苯二酚-明胶-甲醛共聚体系制备三维网状含氮多孔炭及其电容性能

采用生物高分子明胶为氮源,与间苯二酚和甲醛共聚,由共聚物热解制得三维网状含氮多孔炭,并考察其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,明胶通过共聚反应连接到酚醛树脂骨架中,由于其能降低反应体系的界面能,改变了聚合物的形貌,所得炭材料具有由较小颗粒交联而成的三维网状结构;改变明胶掺入量,多孔炭的氮含量可从1.04%增加至2.03%;由于氮掺杂作用,将其用作超级电容器电极材料,其电容值较单纯酚醛聚合体系得到的炭样品增加一倍,由76 F·g^(-1)增至149 F·g^(-1),且电容值随着氮含量的增加而增加;当氮含量增至2.03%时,受其比表面积限制,其电容值不再增加,经水活化,材料比表面积达1 174 m^2·g^(-1),氮含量为1.51%,其电容值达228 F·g^(-1)。

氮前驱体对含氮多孔炭电化学性能的影响

以纤维素为碳源,分别以尿素、三聚氰胺、哌嗪、L-组氨酸为氮源,以氢氧化钾为催化剂和活化剂,通过水解-交联-炭化过程,制备了一系列含氮多孔炭。通过氮气吸脱附、元素分析以及XPS等手段表征了材料的孔结构参数以及元素组成,并采用循环伏安法、恒电流充放电法以及交流阻抗法检测了含氮多孔炭的电化学性能。实验结果表明,吡啶氮对于多孔炭电化学性能改进效果最好,氮前驱体中的N=C键是决定含氮多孔炭中吡啶氮含量的关键因素;以三聚氰胺为氮源得到的含氮多孔炭吡啶氮的比例最高,且具有最高的比表面积2 210 m^2/g;当电流密度为0.1 A/g时,其整体比电容可达44.4 F/g,当电流密度提高至20 A/g时,其容量仍可达到35.8 F/g,倍率性能最好。