相互连接的介孔空心碳球的制备及其在电容去离子(CDI)技术中的应用研究

以空心碳球的孔隙结构为研究对象,采用改良Stöber法成功合成了一种相互连接的介孔空心碳球(MHCSs),并将其作为电极材料系统地研究其介孔结构对电化学性能和电容去离子性能的影响。研究结果表明,相比于以微孔结构为主的相互连接空心碳球(HCSs),MHCSs具有更大的比表面积和更多的活性位点,从而提高了电极材料的比电容。大孔径提升了空心碳球的离子传输速率,而石墨化程度的提高则增加了电极材料的电导率,显著提升了材料的电容去离子性能。在100 mg·L^(-1)浓度的NaCl溶液中,HCSs和MHCSs的电吸附容量分别达到10.01和17.81 mg·g^(-1),MHCSs表现出优异的电容去离子性能。此外,在经历了30次吸附-解吸循环后,MHCSs在100 mg·L^(-1)NaCl溶液中仍能保持97.42%的初始脱盐能力,表现出良好的循环稳定性。此研究成果为介孔空心碳球材料在海水淡化、水处理领域的应用提供了有益的参考。

N、B共掺杂空心碳球结构设计及其锂硫电池性能研究

采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m^(2)/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球的大空腔结构可以提高锂硫电池硫正极中单质硫的利用率和循环稳定性,复合材料0.1 C放电比容量809 mAh/g;1.0 C初始放电比容量716 mAh/g,循环300次后比容量551 mAh/g,每次容量损失率0.077%。同时,碳球的多孔壁层结构可以提高锂离子的传输动力学,材料表现出良好的倍率性能,5 C放电比容量为423 mAh/g。

功能化氮掺杂空心碳球的制备及其对Pb^(2+)的吸附特性

水热法合成氮掺杂空心碳球(CS),通过活化反应分别将尿素和硫脲接枝到表面富含羟基的空心碳球上,制备了两种用于去除Pb^(2+)的新型增强吸附剂Urea-CS和Thiourea-CS。在吸附剂质量为40 mg、Pb^(2+)初始质量浓度为800 mg/L、溶液pH为6和温度为25℃的吸附实验条件下,Thiourea-CS和Urea-CS的最大吸附量分别为212.35 mg/g和166.54 mg/g,去除率分别为42.30%和33.30%,均符合Langmuir吸附模型。热力学研究表明,吸附是一个自发的、吸热的、熵增加的过程。准二级吸附动力学模型与Urea-CS和Thiourea-CS的实验数据吻合。200 mg/L的Pb^(2+)溶液经过5次吸附-解吸循环后,Urea-CS和Thiourea-CS仍具有良好的稳定性和重复性,去除率分别为95.24%和98.40%。XPS结果表明,氮/氧与Pb^(2+)之间的络合作用在吸附机制中起重要作用。该方法对Pb^(2+)的去除具有良好的可重复性和选择性。

氮掺杂空心碳球锌离子混合电容器正极材料的制备及其性能

以溶胶-凝胶法合成的二氧化硅球为模板,酚醛树脂为前驱体,采用模板法制备了氮掺杂空心碳球,并将其用作锌离子混合电容器正极材料。该空心碳球具有空腔结构的微观形貌和介孔主导的分级孔道,且碳壁相互连接,有效促进了离子传输扩散和提高了材料的电子导电性。研究表明:在电化学性能方面,原位氮掺杂极大地改善了电极材料的电解液浸润性和电子导电性,并提供更多的赝电容容量,从而全面提升了电极材料的性能。在0.2 A·g^(-1)电流密度下,其比容量可以达到147.8 mAh·g^(-1),经过20000次循环后容量保持率为82%,展现出良好的倍率性能和循环稳定性。因此,氮掺杂空心碳球有望成为下一代高性能锌离子混合电容器正极材料。

Pt纳米颗粒在氮掺杂空心碳微球上的高分散负载及其氧还原性能(英文)

通过热解自聚合多巴胺法制备了氮掺杂空心碳微球(N-HCMS),并采用微波辅助乙二醇还原方法把Pt纳米粒子负载于N-HCMS上制得了Pt/N-HCMS催化剂.催化剂的表面形貌、晶体结构及其比表面积和孔径分布等分别采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及比表面分析仪等进行表征.采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了Pt/N-HCMS催化剂在酸性条件下的电催化氧还原性能.Pt/N-HCMS催化剂由于Pt纳米粒子的均匀分散、N-HCMS载体的快速电子传递及其独特的微孔和中空结构而具有很高的电催化氧还原活性,其质量比活性是E-TEKPt/C催化剂的近两倍.Pt/N-HCMS催化剂还具有优良的稳定性.本工作对于开发高性能的燃料电池阴极催化剂具有重要意义.

空心碳球负载二硫化硒复合材料作为锂离子电池正极材料

制备了一种空心碳球负载二硫化硒(SeS_2@HCS)复合材料作为锂离子电池正极材料。通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)以及氮气吸脱附测试(BET)等对产物形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,采用模板法结合化学聚合法可以合成形貌均一、单分散的空心碳球;其直径约为500 nm,壁厚约为30 nm。进一步采用熔融灌入法可以得到空心碳球负载二硫化硒复合材料。将所制备复合材料组装成电池进行电化学性能测试,与原始二硫化硒块体材料相比,SeS_2@HCS复合材料具有更高的初始容量(100 m A?g^(-1)电流密度下,初始放电容量为956 m Ah?g^(-1))和更长的循环寿命(100 m A?g^(-1)电流密度下,循环200圈),同时显示出更优异的倍率性能。研究结果表明该复合材料是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料。

催化裂解C_2H_2制备空心碳球

在高岭土负载的镍催化剂上,于850℃催化裂解乙炔制备了直径约500nm的空心碳球。用XRD、TEM、SEM和显微激光Raman光谱对所得的碳球及催化剂进行了表征,并初步探讨了反应机理。

同轴电纺法制备纳米空心碳纤维

高压静电纺丝的基本原理是高分子溶液在静电力的作用下产生弯曲失稳而被拉伸形成微纳米纤维。同轴电纺技术是对常规静电纺丝的改进,可用于制备复合或空心微纳米纤维。为制备纳米空心碳纤维,利用同轴电纺法进行了实验,讨论了溶液质量分数、界面张力等对纤维形貌的影响,表征了核-壳空心结构对碳纤维晶体结构的影响。实验结果表明:较高的壳溶液质量分数以及壳溶液与核溶液之间较低的界面张力有利于电纺过程中同轴复合纤维的形成;获得的空心碳纤维的晶体结构与传统实心碳纤维相比无明显差异。

非晶空心碳球的制备及生长机制

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,在CH4/H2的气氛中合成了非晶空心碳球.利用SEM,TEM,拉曼光谱对样品的形貌、成分和结构进行了表征.非晶空心碳球的直径在100～800nm之间,分布在弯曲的碳纳米管丛中.非晶空心碳球的生长机制可能为膨胀生长.

氮掺杂碗状空心碳微球的制备及其在超级电容器中的应用

针对碳电极材料存在比电容小、能量密度低的问题,采用异质成核合成路径制备了新型的碗状空心碳微球,进一步以尿素为氮源,通过水热法制备了高性能氮掺杂碗状空心碳微球。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光电子能谱分析仪对碗状空心碳微球和氮掺杂碗状空心碳微球的形貌及结构进行表征,并分析了氮掺杂对碗状空心碳微球的电化学性能。实验结果表明:氮掺杂对碗状空心碳微球的电化学性能有显著的改善,在1 A/g的电流密度下,氮掺杂碗状空心碳微球的比电容(235.5 F/g)远高于碗状空心碳微球的比电容(121.0 F/g),此外,氮掺杂碗状空心碳微球在3 A/g的电流密度下循环5 000次后,其比电容保持率为78.3%。

载钌空心碳微球复合材料的制备及电容性能

将脱油沥青为碳源制备的气相生长碳微球(SCMSs)高温氧化,得到空心碳微球(HCMSs),经SnCl2溶液敏化处理和RuCl3溶液化学镀后制备了钌纳米颗粒/空心碳微球(Ru/HCMSs)复合材料.通过选择不同浓度的RuCl3,研究了化学镀液对Ru/HCMSs复合材料形貌的影响.采用场发射扫描电子显微镜,高分辨透射电子显微镜,X射线能谱和热重分析仪对产物的形貌和结构进行了表征,使用氮吸附测试HCMSs的比表面积,并通过循环伏安法对样品的电容性能进行了分析.结果表明:当RuCl3浓度为5mmol/L时,平均粒径约15nm的Ru纳米颗粒均匀地负载在HCMSs表面;HCMSs与SCMSs相比具有较大的比表面积,负载Ru后的复合物具有良好的电容性能.

聚苯胺纳米刺/掺氮空心碳球复合材料的制备及电容性能

以掺氮空心碳球(N-HCS)为骨架,通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺纳米刺/掺氮空心碳球复合材料(PANI/N-HCS),采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱仪等对样品的形貌、结构等进行了表征.采用循环伏安、计时电位和交流阻抗等方法在1 mol/L H2SO4水溶液中考察了材料的电化学性能.结果表明,PANI/N-HCS具有良好的电化学性能,在0.5 A/g电流密度下,PANI/N-HCS的比电容达346 F/g;当电流密度为20 A/g时,PANI/N-HCS比电容值为228 F/g,电容保持率为66%;在5 A/g电流密度下,经1000次充放电循环后,电容保持率为76%.

氮掺杂空心碳球的制备及其光学性质研究

采用直流电弧放电法,使用填充法制备的阳极棒,制备了氮掺杂空心碳球（NDHCSs）。分别使用FESEM、HRTEM、EDX、EELS、XRD、UV-vis等对不锈钢片上的沉积产物进行表征,结果表明：NDHCSs直径主要在110～543 nm,球壁厚度在2～12 nm,由分布比较均匀的C、N和O元素组成,主要由石墨碳和另一种碳物相构成;其在无水乙醇中形成的悬浮液的UV-vis吸收光谱在210 nm、221 nm和264 nm处有三个吸收峰,在紫外光照射下呈现绿色。本文还对NDHCSs生成机理进行了简单的探讨。

微米空心碳球串珠结构的制备与形成机理

以还原Fe粉和活性炭为原料,通过热CVD法制备出微米级的空心碳球串珠结构.利用TEM、EDS和多点氮吸附仪进行形貌、成分、比表面积及孔径分布表征.串珠结构由φ（1~2）μm的空心碳球串联而成,长度可达十几微米.碳球的壁厚为3~5nm的石墨球壳结构.所制备产物的比表面积SBET达到306.523m2/g,其孔径分布在中孔范围,峰值位于3.761nm.微米级空心碳球串珠结构的形成机理为：含C的Fe微液滴在低温区凝聚并以石墨烯片层的方式析出C,外延于Fe液滴形成石墨层,与Fe液滴构成Fe/石墨层核壳结构,石墨球壳的收缩趋势挤压Fe液滴沿轴向移动.循环往复上述即形成空心串珠结构.该结构在节能材料、药物、染料和催化剂等的载体材料、储氢、储能等方面可能具有良好的应用前景.

高度石墨化空心碳球/纳米锗复合负极材料

采用高温石墨化处理和原位沉淀法,首次将高度石墨化空心碳球(HGS)与纳米锗(Ge)球复合制备锂离子电池负极材料。所制备复合材料中Ge的负载量为57.9%,表现出较高的循环稳定性和优异的倍率性能,特别是具有较高的首次库仑效率。在0.2 C下,首次充放电比容量分别为1 427.4和1 153.3 m Ah/g,首次库仑效率高达80.8%;在4 C倍率下可逆比容量可达600 m Ah/g;经过100次循环后,平均每次循环容量衰减量小于0.46%。

空心碳半球锂离子电池负极的高倍率性能研究

以聚苯乙烯球为模板,通过水热法包裹硬碳层,又用微波法迅速引发聚苯乙烯核裂解的两步反应,制备了高比表面的空心碳半球.采用扫描电镜和透射电镜观察材料形貌,并测试该负极的电化学性能.在高倍率充放电条件下,与石墨、中间相碳微球电极相比,空心碳半球显现出了更高的容量和优异的寿命.

空心碳纳米球的制备及机理研究

分别以邻二氯苯和二茂铁为碳源和催化剂,首先采用化学气相沉积法(CVD)制备出实心碳纳米球,然后利用水热法将实心碳球逐步氧化成空心碳球.利用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)和比表面测试(BET)等表征手段,对所制备的空心碳纳米球的形貌和微观结构进行表征.结合实验观测结果及表征结果,对空心碳纳米球的合成机理进行探讨,并提出了催化剂在反应过程中翻滚从而形成亚稳态实心碳纳米球,再进一步使其氧化形成空心结构这一合成机理.

介孔空心碳纳米球的制备及其超电性能

采用简化的硬模板法将正硅酸四乙酯、间苯二酚和甲醛溶液均匀混合,通过将模板制备和材料包覆过程合二为一来制备介孔空心碳纳米球。利用SEM、TEM、XRD和Raman等对介孔空心碳纳米球的结构和形貌进行表征和分析,并通过CV曲线、GCD曲线和循环稳定性曲线等对其进行电化学性能分析。结果表明:介孔空心碳纳米球具有丰富的孔道结构和大比表面积,在超级电容器应用中表现出优异的超电性能;在电流密度为1 A/g时,比电容为240 F/g,在经历10000次循环后材料比电容还保持93.75%。这些良好的性能都显示了介孔空心碳纳米球作为超级电容器电极材料具有较好的储能应用潜力。

基于空心碳球的超黑涂层的制备与性能研究

针对空间光学系统中的杂散光抑制难题,设计并制备了基于空心碳球(HCS)的超黑涂层。对涂层的颜基比进行优化,发现在最佳颜基比1∶2的条件下,可获得高达0.983的太阳吸收比,结合力等级为2级,符合应用要求。研究表明:在涂层成膜过程中,黏合剂并未进入HCS中空部分,保留的亚波长小孔可有效降低涂层表观折射率,从而降低涂层在太阳波段上的反射率;HSC团聚形成的颗粒有助于涂层形成微米级陷光结构,进一步提高涂层的太阳吸收比。

纳米空心碳球的制备及电容性能研究

本文以二氧化硅球为模板,以十六烷基三甲基溴化铵和间二苯酚为碳源。经高温煅烧,去模板制备纳米空心碳球。使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征其形貌,利用电化学工作站测试其电化学性能。