锌离子电池生物基凝胶电解质研究进展

锌离子电池因具备安全、低成本、环保等优点,近年来逐步成为研究热点。然而,水系电解液的一些固有挑战,如水的分解和泄漏,极大地阻碍了它们在能量储存方面的发展与应用。凝胶电解质能有效克服上述挑战,并且其柔性特性可促进锌离子电池在可穿戴电子领域的应用。目前,凝胶电解质大都以石油基聚合物为原料,这类材料通常难以降解。随着石油基聚合物造成的环境问题不断加剧,生物基凝胶电解质为解决石油基聚合物凝胶电解质的关键问题提供了一种新的解决方案。生物基凝胶电解质由于其低成本、环保和可降解性,被认为是柔性、可持续锌离子电池的关键技术之一。本文综述了近年来生物基凝胶电解质(包括纤维素、木质素、壳聚糖、海藻酸盐等)在锌离子电池中的研究进展,总结了生物基凝胶电解质的基本制备方式、优势以及不足,为生物基凝胶电解质的研究与应用提供一定的借鉴意义。

生物质基碳气凝胶及其在储能器件中应用研究进展

为提高生物质基碳气凝胶的电化学性能,促进其在储能领域的产业化应用,对储能器件领域用生物质基碳气凝胶材料进行了系统评述。首先介绍了目前制备生物质基碳气凝胶的主要方法,即凝胶炭化法、水热炭化法和直接炭化法,并对比分析了3种方法的优缺点。分别总结了3类生物质基碳气凝胶在超级电容器和锂离子电池等储能器件中的最新研究进展,包括未经改性的纯生物质基碳气凝胶以及通过金属掺杂和杂原子掺杂改性的复合生物质基碳气凝胶,并重点阐述了其材料设计和微观结构与电化学性能之间的关系。最后在对研究现状进行深入分析的基础上,展望了生物质基碳气凝胶未来的研究方向和发展前景,指出提高原料利用率、改善整体环保性以及调控结构性能将会成为今后的热点方向,而生物质基碳气凝胶也势必将作为一种新型的绿色电化学能源材料而得到蓬勃发展。

新型煤泥基凝胶防止煤自燃特性的研究

基于绿色矿山理念,将魔芋葡甘聚糖(KGM)与聚丙烯酰胺(PAM)、丙烯酸(AA)和煤泥(SM)复合,得到最终产物(AA-PAM-KGM/SM)。实验结果表明,当KGM:PAM:AA:SM为1:9:6:5,交联剂用量6.3%、引发剂用量0.5%时,制得的凝胶具有最佳的吸水和保水性能。红外光谱分析表明,各组分间发生了接枝共聚反应;扫描电子显微镜观察到煤泥与KGM骨架间具有强黏附力,元素分布均匀且密集;通过阻燃抗氧化性能测试,证明该凝胶能够有效抑制有害气体的产生;通过分子动力学模拟,深入阐明了防火凝胶的凝胶化和阻燃机理,所得凝胶能够有效抑制煤的氧化,是一种理想的防灭火材料。

生物质基碳气凝胶光催化剂的制备与性能研究进展

高效利用太阳光是新能源领域的重要研究方向,而光催化是一种利用太阳光在常温常压条件下实现降解污染物、还原二氧化碳等一系列困难反应的技术,具有廉价、环保、可持续等优点。在非均相光催化反应中,为防止固相的光催化剂在液相或气相反应环境中团聚或损失,需适宜的负载材料以保护和固定光催化剂。碳气凝胶由于兼具碳材料的导电性、化学惰性及气凝胶材料的高比表面积等特点,与光催化反应需求相适配,在光催化领域得到广泛研究。生物质基碳气凝胶以生物质材料作为前驱体,相比常规碳气凝胶具有环保、成本低廉、原料来源广泛等优势。总结了生物质基碳气凝胶的特点,并在此基础上讨论生物质基碳气凝胶作为一种新型碳气凝胶的发展现状。最后,通过已有研究证明了其作为光催化剂负载材料的可行性与优势,并对未来生物质基碳气凝胶的研究方向提出建议。目前的生物质基碳气凝胶已开始在吸附重金属、油水分离、柔性电容器、电磁波吸收等多领域发展。而在光催化领域,关于生物质基碳气凝胶负载光催化剂的方法尚处于初期,研究主要集中在生物质原料的选择、光催化剂的负载方法等方面。其中,以纤维素气凝胶制备碳气凝胶和以多孔性植物为前驱体制备碳气凝胶是2个主要研究方向。纤维素气凝胶与其他生物质如蛋白质、淀粉等提取物相比,具有原料来源广泛、含碳量高、更易构造出复杂凝胶网络等优势;而以多孔性植物为前驱体制备碳气凝胶的过程更快捷、简单,且生物质材料的天然复杂结构能成为碳气凝胶的天然模板,其中蕴含的多种P、S等元素也可为后续碳气凝胶的不同开发方向提供天然杂原子支持。截至目前,生物质基负载光催化剂的实际效果已得到验证。未来,生物质基负载光催化剂的研究可在现有成果的基础上,分析不同生物质前驱体的元素组成以及三维孔隙结构对负载的影响,并结合其他得以验证的光催化改性及负载方法。也可尝试充分发挥生物质的特点,如针对性地培育植物作为碳气凝胶的前驱体,以获得更好的碳气凝胶模板。最终,可进一步提高生物质基碳气凝胶负载光催化剂的催化能力、负载能力,并为廉价、环保的光催化系统提供新的解决思路。

生物质基炭气凝胶复合材料在超级电容器中应用的研究进展

生物质基炭气凝胶环境友好、成本低廉,不仅具有稳定性高、导电性好、比表面积大和孔隙结构可调节的特点,还兼具力学性能稳定、弹性好的优势,是制备复合材料的一种优良基底材料。近年来,研究人员利用生物质基炭气凝胶的这些特点,通过负载理论比电容较高的金属化合物、导电聚合物和导电性能良好、力学性能稳定的石墨烯等材料以及掺杂杂原子的方法开发了一系列复合材料,并将其应用在超级电容器中,取得了一定的进展。本文综述了生物质基炭气凝胶复合过渡金属化合物、导电聚合物、石墨烯以及掺杂杂原子的方法,分析了不同制备方法的优势与弊端,总结了不同种类的生物质基炭气凝胶复合材料在超级电容器领域的应用,最后针对生物质基炭气凝胶复合材料的制备及在超级电容器应用中所面临的问题,对未来发展趋势进行了展望。

纳米纤维素基复合气凝胶的制备及性质研究

为拓展功能皮革的制造方法,以羧基化纤维素纳米纤维(CCNF)、硅烷偶联剂(KH560)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料制备了纳米纤维素基复合气凝胶(CSP-AG)。通过调控CCNF、KH560和PEI间的配比制备了不同的CSP-AGs,考察了其结构与基本性质以及CSP-AG在生物基醛鞣革涂饰中的应用性能。结果表明,不同组分配比下,CSP-AG均具有良好的力学强度和低密度(最低为0.026 g/cm^(3))。KH560可与PEI和CCNF进行有效反应,形成多孔网络结构,且两者在网络结构中的分布均匀。此外,CSP-AG的热稳定性良好,其导热系数低(最低为0.042 49 W/(m·k))。涂饰应用结果表明,相较于未经涂饰的革样和经三防整理剂(SF)涂饰的革样,经SF-AG涂饰的革样具更优的隔热和疏水性能且革样难燃。