MnO2的生长机理及其对罗丹明B的快速降解

采用水热法以高锰酸钾和四水合氯化锰为原料,在180℃下制备了α-MnO₂、β-MnO₂及γ-MnO₂;观察分析了不同晶型MnO₂的物相、形貌及微观结构,探究了水热时间对MnO₂晶型的影响及MnO₂的生长机理;研究了α-MnO₂+γ-MnO₂对罗丹明B(RhB)的降解性能。结果表明:在180℃水热条件下,最先产生α-MnO₂并伴有少量γ-MnO₂,适当延长水热反应的时间,MnO₂发生晶型转变,逐渐由α-MnO₂和γ-MnO₂向柱状β-MnO₂转变。此外,研究发现α-MnO₂+γ-MnO₂对RhB具有高效快速的催化降解能力,当RhB溶液为60 mL时,10 min后MnO₂对RhB的降解率可高达93%;当增加RhB溶液到100 mL时,30 min后降解率可达93%,可见,MnO₂在催化降解有机染料方面具有极好的应用前景。     

B掺杂MnO2的制备及其电化学性能

用一步水热法制备B³⁺掺杂Birnessite-MnO₂负极材料,使用XRD,Raman,SEM,TEM,XPS和恒电流充放电等手段表征了材料的结构和电化学性能。结果表明,B³⁺掺杂前后的MnO₂都是由二维纳米片组装而成的花球,B³⁺离子掺杂使纳米片的厚度减小,从而缩短了锂离子和电子在材料内部的传输路径;掺杂适量的B³⁺离子,使Birnessite-MnO₂的电荷转移电阻显著降低。B³⁺掺杂比例为9%的电极材料,具有最优的电化学性能。在电流密度为100 mA·g^-1和1000 mA·g^-1的条件下,首次充电比容量分别为855.1 mAh·g^-1和599 mAh·g^-1,循环100次后仍然保有805 mAh·g^-1和510.3 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率分别为94.1%和85.2%。     

水蒸气二氧化碳共活化制备聚苯胺基活性碳在离子液体超级电容器中的应用

通过水蒸气二氧化碳(H 2O(gas)-CO₂)共活化的物理活化方法制备聚苯胺基活性碳被广泛应用于商业活性碳的规模化生产,相比于化学活化方法,该方法制备的活化产物无活化剂残留、清洗简单且工艺过程环保。以聚苯胺为原料,探究了H 2O(gas)的量和CO₂分压对活化产物的影响。采用氮气吸/脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段系统研究了活性碳的孔径分布及孔道结构,采用电化学工作站研究了活性碳作为离子液体电容器电极材料的电化学性能。当H 2O(gas)和碳化产物的质量比为4∶1、CO₂分压为0.6时,所制备活性碳的比表面积和孔体积可分别达到2357 m²·g^-1和1.45 cm 3·g^-1。该样品具有丰富的中孔和大孔结构,且中孔比表面积占总比表面积的比率约为40%。采用离子电解液时,该样品作为电容器的电极材料具有较高的容量,在0.1 A·g^-1的电流密度下容量可达到203 F·g^-1,并拥有优异的倍率性能以及良好的循环稳定性,在10000次循环(5 A·g^-1)后具有91%的容量保持率。采用有机电解液时,其在1 A·g^-1的电流密度下容量可达134 F·g^-1,且在10 A·g^-1的大电流密度下容量保持率达100%。该活性碳在离子电解液和有机电解液中均具有的优异电化学性能,可归因于其丰富的中孔和大孔结构极大地减少了离子迁移阻力,从而提升了其倍率性能和在离子电解液中的循环性能。     

Ag/MnO2复合电极材料的制备及其电化学性能

过渡金属氧化物MnO₂因其制备工艺简单、储量丰富、环保且具有较高的理论比容量,在电池储能方面有较大潜力。本论文借助溶胀法对水热合成的δ-MnO₂进行剥离制得MnO₂纳米片。再利用紫外光照以及NaBH₄的还原作用在MnO₂纳米片表面负载Ag纳米颗粒,从而得到Ag/MnO₂复合材料。对Ag/MnO₂复合材料进行了结构和形貌表征以及电化学性能测试。结果表明,作为锂离子电池负极材料,Ag/MnO₂的电化学性能明显优于纯相δ-MnO₂。Ag/MnO₂在100 mA/g电流密度下的首次可逆比容量达到1 001.1 mA·h/g,库伦效率为79.9%;在0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 A/g电流密度下的平均可逆比容量分别为936.3、607.5、429.5、351.1和278 mA·h/g,当电流密度重新回到0.1 A/g时,其平均可逆比容量仍可达到658.7 mA·h/g。...     

pH对δ-MnO2吸附硫酸锰溶液中Co2+、Ni2+的影响

硫酸锰溶液中重金属离子的深度净化，一直是锰行业研究的热点和重点。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)等手段对所制备的δ-MnO₂进行表征，利用Visual Minteq软件模拟硫酸锰溶液中Mn、Co和Ni的离子形态随pH的变化关系，研究不同pH条件对δ-MnO₂吸附硫酸锰溶液中Co²⁺、Ni²⁺的影响。结果表明：δ-MnO₂结晶性较差，缺陷和空隙较多，表面羟基丰富。随着硫酸锰溶液pH升高，δ-MnO₂对于Co²⁺和Ni²⁺吸附率逐渐增加，Co²⁺比Ni²⁺更容易被吸附。在低pH下，δ-MnO₂吸附效果受结构缺陷和空隙影响，pH高于5时，在表面负电荷和羟基的共同作用下大量吸附Co²⁺和Ni²⁺,Co²⁺、Ni²⁺吸附率最高达到99....     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 乙酸为有机配体, 甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA), 采用溶胶-凝胶法和溶剂置换等后续工艺, 实现了块状TiO₂气凝胶催化剂的常压干燥法制备, 并考察了有机配体对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM、EDS及DSC-TG对样品进行表征。结果表明: 当有机配体与钛酸丁酯物质的量之比为0.9时, 制备的样品性能最佳, 该TiO₂气凝胶样品为非晶态, 表观密度为0.25 g·cm^-3, 比表面积716.5 m²·g^-1, 平均孔径19.1 nm; 在850℃大气气氛下热处理2 h后, 比表面积为122.4 m²·g^-1, 平均孔径23.4 nm, 具有较高光催化活性; 经1000℃热处理后, TiO₂晶型仍为锐钛矿相, 热稳定性较好, 光催化活性有所降低。未采用有机配体制备的TiO₂气凝胶表观密度为0.57 g·cm^-3, 比表面积为482.2 m²·g^-1。有机配体的使用更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的TiO₂气凝胶。     

NH4+插层Mo掺杂MnO2阴极实现强键合作用助力超稳定水系锌锰电池(英文)

水系可充电锌/二氧化锰电池因其成本低廉、能量密度高而引起了广泛关注.然而,缓慢的反应动力学和MnO₂阴极的歧化反应以及不可逆的相变现象对其发展造成了严重阻碍.在此,我们选用了Mo掺杂α-MnO₂ (MoMnO₂)作为阴极材料,通过铵根离子插层机制所形成的N-H…O强键合作用来稳定Mo-MnO₂的2×2隧道结构,并且有效抑制了Mn3⁺溶解,在质子插入/脱出过程中不会引起晶格的畸变,进一步提高了其循环稳定性.获得的Mo-MnO₂正极在100 mA g^-1时表现出265.2 mA h g^-1的高比容量和364.3 W h kg^-1的能量密度.在2.0 A g^-1下1000次循环后,容量保持率达95.2%.这项工作有助于深入了解非金属阳离子在电极主体材料间的键合作用,为设计具有高能量密度和长期循环能力的水系锌离子电池提供了新思路.     

δ-MnO2纳米片的制备、表征及电化学性能

分别采用醋酸锰和乙醇还原高锰酸钾,制备2种超薄δ-MnO_2纳米片电极材料(δ-MnO_2-A与δ-MnO_2-B)。通过XRD、XPS、SEM/TEM、比表面积分析等手段研究材料的晶体结构、化学成分、微观形貌和孔径分布特征。电化学性能测试表明:2种材料具有相似的比电容和倍率性能。但是相比于δ-MnO_2-A,电极材料δ-MnO_2-B具有更高的钾含量和锰空位含量,片层状结构更加清晰、稳定,因而充放电循环稳定性更好。在0.5mol/L Na_2SO_4电解液中,1mV·s^-1扫描速率下δ-MnO_2电极材料的比电容可达227F·g^-1。100mV·s^-1扫描速率、5000次循环后,电容保持率为87.6%。     

水热法合成锌空气电池氧还原二氧化锰催化剂

在180℃下通过改变K⁺与H⁺摩尔比使用水热法分别制备了δ-MnO₂, α-MnO₂和β-MnO₂ 纳米颗粒, K⁺与H⁺摩尔比分别为3.4、0.85和0.24。所合成的样品通过扫描电子显微镜(SEM), 粉末X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外光谱(FTIR), BET比表面分析, 热重分析(TG)和电化学方法表征。结果表明: K⁺与H⁺的浓度对产品的晶型、形貌以及比表面积有很大影响; 将这三种材料作为锌空电池的阴极材料时, δ-MnO₂与α-MnO₂的电化学性能明显优于β-MnO₂. 在–0.35 V下, δ-MnO₂、α-MnO₂和β-MnO₂的氧还原电流分别为56.28、56.01和40.88 mA/cm²。     

ZnO@Mo-CNT-MnO2纳米阵列用于构筑超高倍率性能的柔性非对称超级电容器(英文)

MnO₂作为超级电容器电极材料具有理论比电容高、成本低、环境友好等优点,但其低导电性和低利用率阻碍了其潜在应用.本研究首先在柔性碳布上电化学生长ZnO纳米棒阵列作为电极衬底,然后通过阳极电沉积法在ZnO纳米棒阵列表面外延生长了Mo和碳纳米管(CNTs)共掺杂的MnO₂薄膜,可控构筑了有效、高导电性的MnO₂纳米阵列电极(定义为ZnO@Mo-CNT-MnO₂ NA).柔性ZnO@Mo-CNTMnO₂ NA电极在100 A g^-1的大电流充放电密度下比电容可达237.5 F g^-1,10,000次循环后电容保留率高达86%.采用ZnO@Mo-CNTMnO₂ NA电极组装成水系非对称超级电容器,弯曲状态下在132.35 mW cm^-3(5mA cm^-2)高功率密度下获得了1.13 mW h cm^-3的高能量密度,5mA cm^-2充放...     

无硫高倍膨胀石墨的制备及影响因素探讨

以鳞片石墨、硝酸、乙酸酐、高锰酸钾为原料，采用化学法经氧化酸化插层、水洗、干燥、高温膨胀过程制备膨胀石墨，利用正交试验方法确定最佳工艺条件，并对相关影响因素及插层机理作了初步探讨。结果表明：按鳞片石墨：硝酸：乙酸酐：高锰酸钾(质量比)=1：0．7：1．5：0．4，反应时间90min，反应温度30℃～40℃的条件可以制备出膨胀体积达478mL/g的高倍无硫膨胀石墨。相关影响因素的大小依次为：高锰酸钾、硝酸、乙酸酐、反应时间，其中高锰酸钾的影响程度远大于其他三个因素。     

用柔性石墨制备低密度膨胀石墨块

通过在浓硫酸或浓硝酸中浸泡柔性石墨纸（板），然后在200℃～750℃膨化制备了低密度膨胀石墨块。研究了插层剂、插层时间和膨化温度对膨胀石墨块体积密度和外形完整程度的影响。结果表明：膨化温度越高，制得的膨胀石墨块密度越低，越难获得完整的外形。以浓硫酸或浓硝酸插层时，适宜的膨化温度分别约为550℃和650℃，插层时间应为3h以上。发现膨胀石墨块主要存在两种外观，一种为均匀膨胀，另一种为非均匀膨胀。     

单根膨胀石墨蠕虫压片的晶粒结构

用金相显微镜研究了单根膨胀石墨蠕虫压片的表面,发现其具有类似于金属的金相结构.用金属粒度评级软件对所得图像的晶间界进行重构,并分析了其平均粒径.结果表明:蠕虫压片晶粒平均粒径为30 μm～45μm,与原始天然鳞片石墨的粒度及膨胀工艺无关.X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)观察表明:蠕虫压片晶粒存在亚结构,亚结构晶粒内部石墨的结晶完善,单个亚晶粒与原始鳞片石墨外观相同,呈片状,La为3μm ～8μm,Lc为30nm ～80nm.此外,根据XRD数据计算了压片后的膨胀石墨晶粒的取向度和峰背比值,发现晶粒沿垂直于压力的平面取向排列,并且压力越大,晶体的取向越明显.     

Thermal conductivity and mechanical properties of expanded graphite

The thermophysical and mechanical properties of compacted expanded graphite (EG) were studied. The experimental results were interpreted with application of similarity theory. The compacted EG critical density corresponding to the observed jump in the thermal conductivity coefficient and elasticity modulus was shown to depend on the expandable graphite preparation method, EG bulk density, and dispersion degree and amounted to 0.01 and 0.005 g/cm³ for the studied EGs.     

Thermal characterization of expanded graphite and its composites

Using the guarded hot plate method, we have measured the thermal conductivity of compressed expanded graphite (EG) samples (densities from 0.4 to 1.95 g/cm³) along the compression direction (c axis) in the range 150–675 K and that of EG/epoxy composites (5–75 wt % EG) in the range 150–425 K. We also have measured the specific heat of EG samples at temperatures from 200 to 675 K. Their c-axis thermal diffusivity has been shown to decrease with increasing EG density. The thermal conductivity of the EG/epoxy composites and its variation with EG content are well represented by a rule of mixtures that takes into account the anisotropy in the thermal conductivity of the EG particles and their preferential alignment in the composites.     

膨胀石墨基镍/炭复合物(英文)

NiO粒子修饰的压缩膨胀石墨(EGNiO)浸以煤焦油沥青,经550℃裂解,继而800℃水蒸气活化,制得Ni/C复合物块体。应用TEM考察了复合物中含Ni纳米粒的微结构排列方式。以N2吸附测定分析了复合物的比表面积和孔隙度。以2,2,3—三甲基戊烷脱氢裂解模型反应评估了复合物的催化活性并与EGNiO常规H2处理获得的参照物的活性做了比较。     

High-quality production of graphene by liquid-phase exfoliation of expanded graphite

As one of the most promising candidates, graphene exhibits a potential application in post-silicon nanoelectronics. However, it is a key issue to produce high-quality graphene in large scale. Here, a facile method is demonstrated to produce graphene dispersions by exfoliation of expanded graphite in the co-solvent with N,N-dimethylformamide (DMF) and water. We confirm that the optimal ratio of DMF to water for graphene exfoliation is 9:1 (v:v) by means of UV–Vis absorption spectra. This exfoliation results in large flakes ∼2 μm in diameter, which can potentially be improved by adjusting the sonication power. The relatively perfect hexagonal structure of graphene is confirmed by Raman spectroscopy and the as-prepared graphene nanosheet film the as-prepared graphene nanosheet film possesses good electrical conductivity (∼8.3 × 10³ S m⁻¹). DC electrical transport phenomena for the deposited film of graphene nanosheets are well described in terms of conduction models for non-crystal semiconductor. This convenient approach provides an extensive route to prepare high-quality graphene nanosheets.     

Effect of expansion temperature of expandable graphite on microstructure evolution of expanded graphite during high-energy ball-milling

Two expanded graphites (EG), marked as EG-1 and EG-2, were prepared by rapid heating of expandable graphite to 600 and 1000 °C, respectively, and ball milled in a high-energy mill (planetary-type) under air atmosphere. The microstructure evolution of the ball-milled samples was characterized by X-ray diffraction (XRD) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). XRD analysis shows that the evolution degree of the average crystallite thickness along the c-axis (L_c) of EG-2 is lower than that of EG-1 during the milling process. From the HRTEM images of the samples after 100 h ball-milling, slightly curved graphene planes can be frequently observed both in the two EGs, however, EG-1 and EG-2 exhibit sharply curved graphene planes and smoothly curved graphene planes with high bending angles, respectively.