碳化硅纳米材料及其衍生碳在超级电容器领域的应用

超级电容器由于充放电速度快、循环寿命长、成本低、环境友好等特性在众多储能器件中脱颖而出。在各类电极材料中,碳化硅(SiC)纳米材料及其衍生碳因其高稳定性、优异的导电性等优势被认为是极具应用前景的超级电容器电极材料。本文首先系统地阐述了SiC纳米材料及其衍生碳的常用制备方法;然后,详细综述了SiC纳米材料及其衍生碳在超级电容器应用中的研究进展,总结“高导电碳材料复合”、“杂原子掺杂”、“赝电容材料复合”、“多级孔结构的设计”、“化学活化”等电化学性能的提升策略;最后,对SiC纳米材料及其衍生碳在超级电容器储能领域中应用存在的挑战和机遇进行展望。

硫修饰瓜子壳衍生碳材料增强电催化合成氨性能研究

以生物质废弃物瓜子壳为碳源、Na_(2)S_(2)O_(3)为硫源,利用一步低温浸渍法合成硫修饰的瓜子壳衍生碳材料,引入硫同时实现了硫修饰和硫掺杂,增强了合成氨催化剂的催化性能。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、热重分析仪等手段对催化剂的形貌结构、物理化学性质进行表征,利用硫的疏水性抑制HER竞争反应。结果表明,掺杂的硫原子创造了丰富的电化学活性位点,增强了电催化合成氨性能。催化剂在常温、常压条件下获得了11.46μgNH_(3)/(mgcat.·h)的氨产率,且催化性能稳定。

Fe-MOFs衍生碳基吸波材料研究进展

随着社会的快速发展和电子设备的普及,电磁辐射污染问题变得尤为突出,也带来了潜在的危害。因此,开发高效的电磁波吸收材料以解决电磁辐射污染问题迫在眉睫。铁基金属有机框架(Fe-MOFs)具有高度不饱和的铁金属中心离子和多样的结构类型。通过将Fe-MOFs作为前驱体进行碳化,可以制备出铁/铁氧化物/铁碳化物均匀分布的衍生碳基化合物。这些Fe-MOFs衍生碳基化合物表现出较高的介电损耗和磁损耗能力,可有效克服当前吸波材料存在的吸收频带窄、阻抗匹配性差等问题,成为近年来备受关注的一种新型吸波材料。首先简要介绍了电磁波吸收机制,然后综述了近年来关于单金属、双金属、三金属Fe-MOFs以及由Fe-MOFs与其他材料(包括碳材料、导电聚合物、MXene和生物质)复合制备的衍生碳基吸波材料的研究进展,最后对MOFs衍生碳基吸波材料的未来发展方向进行了展望。

基于组分设计的MOFs衍生碳基吸波材料的研究进展

金属有机骨架(MOFs)具有孔隙率高、比表面积大等特点,其衍生物重量轻、带宽宽、损耗能力强,具有有序规整以及易设计性的组分结构而被广泛用于电磁波吸收研究。总结了单金属、双金属及金属氧化物MOFs碳基吸波材料作为微波吸收材料的性能、优势及其在电磁波吸收方面的应用等,分析了不同组分和组分设计对电磁波吸收性能的影响。尽管还面临许多的挑战,但MOFs衍生物作为电磁波吸收材料显示出广阔的发展潜力。

生物质衍生碳材料的开发及储能性能综合实验设计

该实验将农业废弃物花生壳转化为球形碳电极材料,在电流密度为1 A/g条件下的放电容量可达252 F/g。该实验设计包括样品制备、条件探索、形貌结构表征以及电化学性能测试分析等内容,能够有效锻炼学生的动手实践能力、分析和解决问题能力,以及团队协作精神和追求卓越的科研素养。

聚多巴胺涂层的制备及其衍生碳材料的概述

受贻贝粘蛋白的启发,聚多巴胺因其极强的黏附性、优良碳产率而受到广泛的关注。文章综述了浸涂法、转移法等聚多巴胺涂层的主要制备方法,并对制备过程中的各种影响因素进行了分析,揭示了其对聚多巴胺生成速率和最终聚多巴胺涂层厚度的影响规律;并对其衍生碳材料的制备方法、结构性质以及应用进行了简要概述,类似于石墨烯的层状结构、高导电性等特性促使了其在柔性电子、储能等前沿领域的广泛应用。

基于Zn-MOF衍生碳的超疏水吸波织物的制备及性能

以2-甲基咪唑和六水合硝酸锌为原料制备了具有纳米级正十二面体结构的锌金属有机骨架多孔衍生碳(Zn-MOF衍生碳)。将其与聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合整理在棉织物上制备了超疏水吸波复合功能织物。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等对制备材料和复合功能织物的形貌和结构进行表征,结果表明,Zn-MOF衍生碳具有高比表面积多孔结构,具有优异的吸波性能,最小反射损耗为-37.4 dB;当Zn-MOF衍生碳用量为3%(质量分数)时,制备的复合功能织物在8.5 GHz处,最小反射损耗可达-32.4 dB,水滴接触角为151.4°。通过微纳米粗糙结构的Zn-MOF衍生碳和低表能物质PDMS的协同作用,实现了织物优异的超疏水、吸波等多功能协同性。制备的超疏水吸波复合功能织物对常见液滴具有优异的防污性、自清洁性,为长久寿命电磁防护材料的开发提供研究基础。

氯化钙熔盐中电解-刻蚀制备碳化钛衍生碳研究

在氯化钙熔盐中首先通过电还原高钛渣/碳制备碳化钛,对碳化钛进行电化学刻蚀得到碳化钛衍生碳(TiC-CDC)。研究了熔盐温度对碳化钛产物组成和结构的影响规律,获得制备形貌结构良好的碳化钛前驱体的条件,以便下一步电化学刻蚀。研究结果表明:熔盐温度是重要的影响因素,在较低的温度下反应速率较慢,温度过高则会造成产物烧蚀现象和能源浪费,在950℃下得到的产物形貌结构较好。对950℃下制备的碳化钛电化学刻蚀18 h,得到无定型碳和有序石墨带结构共存的碳化钛衍生碳,其孔结构主要为微孔,比表面积为327.88 m^(2)/g,证明通过熔盐电还原-刻蚀能够制备出不同结构的碳化物衍生碳。与氯化法相比,该方法更环保,但是刻蚀时间较长,刻蚀效率还有待提高。

花状Zn-MOF衍生碳@MoS_(2)复合材料制备及吸波性能

采用Zn-MOF(MOF为金属有机骨架)制备纳米多孔碳材料,通过自组装法将多孔碳与花状MoS_(2)结合,制备出具有规整有序结构的花状Zn-MOF衍生碳@MoS_(2)复合吸波材料。基于Zn-MOF衍生纳米多孔碳的高孔隙率、大比表面积,MoS_(2)的花状结构引起的电磁波多次反射和散射,以及MoS_(2)和Zn-MOF衍生碳之间存在的强极化效应、良好的阻抗匹配和协同作用,Zn-MOF衍生碳@MoS_(2)在频率为9.28 GHz时的最佳反射损耗达到-49.68 dB,表现出优异的电磁波吸收性能。

生物质衍生碳/MnO_(2)复合材料在超级电容器中的应用进展

超级电容器具有充放电速度快、能量密度高、循环稳定性好等优点,而电极材料决定超级电容器的电化学性能。可再生生物质经过高温炭化可制备不同微观结构的碳材料,然而,这些碳材料存在比容量低的缺点;MnO_(2)具有高理论比电容,缺点是循环稳定差。生物质衍生碳与MnO_(2)复合可以实现两者优势互补。首先介绍了生物质衍生碳/MnO_(2)复合材料的制备方法,包括化学法、水热法和电沉积法。然后,按照不同生物质衍生碳的微观结构进行分类,综述了多孔碳/MnO_(2)、碳球/MnO_(2)、碳纤维管/MnO_(2)、碳纳米片/MnO_(2)和三维碳/MnO_(2)复合材料的制备及在超级电容器中的应用性能。最后,总结了综合性能最优的生物质衍生碳/MnO_(2)复合材料,并针对该领域存在的问题提出了其未来发展方向。

碳化物衍生碳的制备及其应用研究进展

碳化物衍生碳(CDC)由碳化物作为一个特立独行的物体组成,它从间隔中提取金属元素,从而产生一种新的碳物质。综述了CDC的常见命名及结构、衍生碳的特点,介绍了CDC的制备方法,论述了其在摩擦涂层、气体吸附、催化剂载体和电极材料等领域具有的科学研究和应用潜力。最后总结了CDC的结构与组成在实际应用中的优势,展望了其在将来完成商业化的可能性。

碳化物衍生碳的制备及其在气体存储与超级电容器领域的应用研究进展

介绍了二元碳化物与三元碳化物作为前体制备碳化物衍生碳,概述了碳化物衍生碳的几种常见命名,详细阐述了管式炉中氯气高温刻蚀碳化物、多孔化碳材料的制备工艺过程和原理,总结了碳化物衍生碳孔径结构及应用,并着重介绍了在储氢储甲烷和超级电容器电极材料两方面的应用研究。碳化物衍生碳材料的甲烷吸附存储量可以达到18.5%(质量分数),氢的吸附存储量达到6.2%(质量分数),作为超级电容器电极材料,它的质量比电容是120F/g,且具有非常高的体积比电容(90F/cm3),在MEMS等小型化微电子器件中有重要的应用。最后展望了这种新型碳材料通过调控微观结构与改善性能在更多领域的重要应用。

生物质衍生碳材料的制备及其在新型电池中的应用

生物质衍生碳材料由于其可再生性、低成本、良好的导电性和稳定性等优异性能而被广泛应用于储能领域。综述了生物质衍生碳材料的常用制备方法(热解法、活化法、水热法等),以及经过修饰的生物质衍生碳(杂原子掺杂、贵金属负载)在锂空气电池、钠离子电池和锂硫电池中的最新进展,探讨了生物质衍生碳在新型电池中应用所存在的挑战和未来发展方向。

碳化物衍生碳与石墨的摩擦磨损性能比较

通过高温氯化处理工艺在SiC表面制备碳化物衍生碳涂层(CDC),考察并比较了SiC、石墨和CDC在空气中的摩擦磨损性能.结果表明:在本文试验条件下,CDC的摩擦磨损性能优于石墨,CDC的摩擦系数低于0.15;CDC在载荷5 N下的磨损率在10-15m3/N量级,当载荷等于或低于30 N时磨损率在10-14m3/N量级,远低于相同条件下石墨的磨损率,即使在40 N或50 N下其磨损率仅与20 N下SiC和石墨的磨损率相当.CDC的纳米结构及涂层与基体界面组成和性能的变化是影响其摩擦磨损性能的主要因素.

一种新型碳材料——碳化物衍生碳的研究进展

评述了碳化物衍生碳的国内外研究现状,主要介绍了碳化物衍生碳的制备方法、结构与组成、在摩擦学及能源领域的应用,预测了碳化物衍生碳在今后的发展趋势。

碳化物衍生碳涂层/氮化硅摩擦副在水润滑下的摩擦学性能

基于SiC陶瓷在水润滑条件下可能出现因摩擦界面无水或过载引起的失效问题,考察了SiC陶瓷、碳化物衍生碳(CDC)涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能.研究结果表明:CDC涂层在干摩擦和水润滑条件下均具有优异的摩擦学性能,可在摩擦界面无水或过载下正常工作;在水润滑条件下,CDC涂层在宽的载荷和滑动速度下具有优异的摩擦学性能.从微结构角度分析比较了CDC涂层与商品石墨的差异,并由此讨论了其摩擦学性能的差异.讨论了加工SiC陶瓷引起的表面织构对CDC涂层在水润滑条件下摩擦学性能的影响机制.

不同形貌的生物质衍生碳材料钠离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

具有不同形貌的生物质衍生碳材料对钠离子电池电化学性能有一定的影响,以花生衣为原料,采用两步煅烧法,通过控制温度成功制备出了具有不同形貌的生物质衍生碳材料.通过X射线衍射(XRD)、显微共焦激光拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的晶体结构、组成、石墨化程度以及微观组织形貌进行了表征分析,并对其电化学性能进行了研究.结果表明该生物质衍生碳材料具有良好的倍率性能,即当电流密度为0.05和4A·g-1时可呈现出428和194mAh·g-1的放电比容量;同时在0.05A·g-1的电流密度下循环300圈后可呈现出349mAh·g-1的高可逆容量.

碳化物衍生碳涂层的表面划痕织构能降低摩擦(英文)

研究了碳化物衍生碳涂层表面的划痕对其摩擦学性能的影响。扫描电子显微镜形貌图证实碳化硅基底的划痕为V-型和U-型,氯化处理后得到的碳化物衍生碳涂层的表面划痕也有相似的形貌。在干摩擦和水润滑条件下,与研磨处理的碳化物衍生碳涂层相比,未研磨处理的碳化物衍生碳涂层与氮化硅陶瓷对摩时表现出更加优异的摩擦学性能。在水润滑条件下,未研磨处理的碳化物衍生碳涂层与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦系数仅为0.05,且比经研磨处理的碳化物衍生碳涂层的摩擦系数低。主要归因于未研磨的碳化物衍生碳涂层表面的划痕产生的流体润滑作用,而经研磨处理后的碳化物衍生碳涂层上不存在这种机制。碳化物衍生碳涂层表面的划痕有利于降低碳化物衍生碳涂层在水中与氮化硅陶瓷对摩时的摩擦。

浸油碳化物衍生碳润滑涂层的承载机制研究

采用高温氯化处理工艺在碳化硅表面制备了具有多孔结构的碳化物衍生碳涂层（CDC）,考察了浸油（聚a烯烃,PAO）对CDC涂层承载性能的影响.结果表明：在低载（〈5 N）下,浸油前后涂层的摩擦磨损性能相当,随着载荷的增加,尤其是在中等载荷（~10 N）下,浸油涂层的摩擦性能变差,表现为较大的摩擦系数与磨损.分析认为CDC涂层的孔洞被PAO填充,其孔壁在摩擦过程中受到载荷应力与液压的双重作用而破碎,是导致浸油CDC涂层磨损加剧,承载能力大大降低的主要原因.

自制碳化物衍生碳制备装置在材料科学类专业综合实验中的应用

采用自制的碳化物衍生碳制备装置开设了材料类综合实验,让学生对新型碳材料的制备过程有一个较全面的了解。阐述了该装置的设计思路、操作原理、结构特点、可完成的相关实验和取得的成效。通过让学生接触所在专业的科学前沿,进一步培养学生的动手能力和创新能力。