生物质炭材料作为钠离子电池负极材料的研究进展

钠离子电池的问世使硬炭材料成为了当前研究的重点,但高成本和低循环寿命等不足限制了其作为负极材料在钠离子电池中的应用。生物质炭材料作为硬炭材料的一种,凭借其低成本、可再利用等优势,逐步在储钠材料中占据重要地位。为了更好的了解生物质炭材料,本文综述了近年来生物质炭作为钠离子电池负极材料的研究进展,并对其在储能领域的发展提出了展望。     

锂离子电池负极硬炭／沥青复合材料的性能研究

通过高温固相法在硬炭表面包覆沥青热解炭,制备锂离子电池负极材料。SEM测试显示,硬炭包覆上沥青热解炭后表面形貌发生了明显变化。由例得到,硬炭表面包覆的沥青热解炭的平均厚度为300nm。当硬炭表面包覆上沥青热解炭后（硬炭与沥青的质量比为2：1）,首次库仑效率由55％提高到70％,可逆容量也有所提高。研究发现,硬炭在高倍率下的容量和循环稳定性比石墨好。     

不同变质程度煤衍生硬炭的储钠行为研究

煤具有碳含量高、芳香结构发达、成本低廉等优点,是制备钠离子电池硬炭负极材料的优质前驱体。然而煤种类繁多且含有无机杂质,不同种煤热解成炭后材料的石墨化度、碳层间距和表面化学组成各异,导致煤基硬炭负极的电化学性能优化难以展开。选择四种不同变质程度的煤,采用酸洗脱灰、高温炭化的方法制备了系列煤基硬炭,研究了变质程度、炭化温度对煤基硬炭微晶结构和表面杂原子组成的影响,并考察了其相应的储钠行为。其中,褐煤1400℃炭化得到的硬炭性能最佳,在0.02 A·g^-1电流密度下表现出338.8 mA·h·g^-1的比容量和81.1%的首次库仑效率。优异的电化学性能归因于褐煤硬炭较大的碳层间距和丰富的储钠缺陷位点,提供了高嵌入和吸附储钠容量。     

基于RPM的炭/炭复合材料人工骨预制体成型技术研究

炭／炭复合材料是一种新型的炭纤维增强的以炭为基体的高性能复合材料，其增强相和基体都由碳元素构成，不仅具有炭材料固有的生物相容性，而且还具有纤维增强复合材料的高强度与高韧性，对其应用于人体组织材料进行了广泛的研究。通过应用RPM技术及快速模具，解决了复杂形状炭／炭复合材料难成型的问题，并对其在生物领域的应用进行了展望。     

多孔淀粉硬炭负极材料的制备及性能研究北大核心

以淀粉为原料,采用酶化水解法制成多孔淀粉,进一步高温炭化后制备多孔淀粉硬炭。通过XRD、拉曼光谱、SEM分别表征了酶化多孔淀粉硬炭与未酶化淀粉硬炭的微观结构及形貌。通过电化学性能分析表明,酶化多孔淀粉硬炭具有高首次可逆放电容量、高首次库伦效率、优异的倍率充放电及循环性能。生物质淀粉硬炭原料价格低廉、制备过程环境友好,有望在锂离子电池领域得到应用。     

多孔淀粉硬炭负极材料的制备及性能研究

以淀粉为原料,采用酶化水解法制成多孔淀粉,进一步高温炭化后制备多孔淀粉硬炭。通过XRD、拉曼光谱、SEM分别表征了酶化多孔淀粉硬炭与未酶化淀粉硬炭的微观结构及形貌。通过电化学性能分析表明,酶化多孔淀粉硬炭具有高首次可逆放电容量、高首次库伦效率、优异的倍率充放电及循环性能。生物质淀粉硬炭原料价格低廉、制备过程环境友好,有望在锂离子电池领域得到应用。     

炭材料表面改性及应用研究进展

炭材料是一种应用广泛的吸附剂和催化剂载体,其表面化学性质对炭材料性能影响重大。为了提高其吸附、催化等性能,需要对炭材料表面官能团进行调控。介绍了炭材料表面改性方法(氧化法、还原法),对工业、环境领域的应用进展进行了评述,并提出了炭材料改性技术的研究发展方向。     

纳米多孔炭球的制备及应用进展北大核心

概述了纳米多孔炭球(NCS)材料的合成方法,包括硬模板法、软模板法、乳液聚合法、共沉淀法等;介绍了NCS在超级电容器、吸附、催化剂载体、锂电池负极材料和医学等领域的应用;阐述了该领域面临的机遇和挑战,指出了未来NCS材料的研究和应用方向。     

生物炭吸附去除水中重金属的研究进展

近年来,水环境中重金属污染问题日益严重,生物炭材料被广泛应用于环境污染修复。但是原始生物炭材料对污染物的吸附性能欠佳,衍生出众多对其吸附性能提升的研究。到目前为止,有关生物炭材料制备和改性的进展总结欠全面,关于生物炭材料吸附水中重金属离子反应机理的整理也不够深入。基于生物炭材料在水环境中重金属离子吸附领域的研究现状,对生物炭材料的制备方式、改性方法和主要影响因素进行了综述,并梳理了生物炭对水中重金属离子的吸附机制研究进展。最后提出了生物炭材料在应用中可能存在的问题和发展方向。以期为生物炭材料在受重金属离子污染水体的修复应用提供理论和技术支撑,为实际的环境污染修复提供新的思路。     

钠离子电池硬炭负极研究进展

无定形结构的硬炭以其不同于石墨有序结构的结构优势，以及低成本和原材料来源广，被认为是钠离子电池(SIBs)最有前途的碳基负极材料，其复杂的微观结构与钠储存有着密切的关系。在硬炭微观结构中缺陷，层间和纳米孔隙是硬炭储钠的三个关键特征结构，深入研究这些特征结构有利于实现高容量钠离子电池碳基负极的有效构造，并有利于推进钠离子电池产业化进程。最后对高性能钠离子电池负极的结构设计进行了展望。     

调控炭化过程优化煤基硬炭负极储钠性能

我国煤炭资源丰富多样、价格低廉、分布广泛,将煤转化为新材料,是提高其附加价值和技术含量的有效途径。煤含碳量高、芳环结构丰富,热解炭化可制备钠离子电池硬炭负极材料。以新疆烟煤为碳源,采用低温热解复合高温炭化的两步过程,并调控相应工艺条件,研究了烟煤中间相的发展过程对硬炭结构及其储钠行为的影响。经研究发现,改变低温热解的温度区间、载气流速和升温速率,可以调节胶质体生成阶段内的分解和解聚反应,调节挥发分生成和逸出以及胶质体固化等过程进行的程度,从而调控硬炭的比表面积和石墨化程度等。在温度区间为350~550℃、载气流速为60 ml·min^-1、升温速率为1℃·min^-1条件下,炭化得到的硬炭负极可逆比容量和首周库仑效率最佳,在0.02 A·g^-1的电流密度下分别达到314.3 mA·h·g^-1和82.8%,良好的性能归因于煤基硬炭材料中有序结构和缺陷结构的协调和平衡。     

多孔羟基磷灰石生物陶瓷的进展

多孔羟基磷灰石生物陶瓷是一种性能优异的人体硬组织修复材料，在植入界面后它具生物降解性，置入体内能逐步参与代谢以至最终与人体骨结合成一体。本文在综合大量国内外文献的基础上，阐述了多孔羟基磷灰石生物陶瓷的性质、研究和发展。     

蔗糖基硬碳负极材料的制备及性能研究

首先在惰性气体条件下对蔗糖进行了交联稳定化处理，然后以交联后的蔗糖为硬碳前驱体，在惰性气氛及高温条件下进行了碳化处理，并探究了稳定化处理温度、时间、碳化温度对硬碳材料性能的影响，结果表明蔗糖经稳定化及碳化处理后可得到椭球形的硬碳材料，200~250℃稳定化处理60h后淀粉交联效果最佳，碳化温度为900℃时硬碳材料的首次放电比容量能达到390mAh·g^-1。     

Effect of Argon-Based Atmospheric Pressure Plasma Treatment on Hard Tissue Formation on Titanium Surface

In this paper, we suggest that the atmospheric pressure plasma treatment of pure titanium metal may be useful for improving the ability of rat bone marrow cells (RBMCs) to induce hard tissue differentiation. Previous studies have reported that the use of argon gas induces a higher degree of hard tissue formation. Therefore, this study compares the effects of plasma treatment with argon gas on the initial adhesion ability and hard tissue differentiation-inducing ability of RBMCs. A commercially available titanium metal plate was used as the experimental material. A plate polished using water-resistant abrasive paper #1500 was used as the control, and a plate irradiated with argon mixed with atmospheric pressure plasma was used as the experimental plate. No structural change was observed on the surface of the titanium metal plate in the scanning electron microscopy results, and no change in the surface roughness was observed via scanning probe microscopy. X-ray photoelectron spectroscopy showed a decrease in the carbon peak and the formation of hydroxide in the experimental group. In the distilled water drop test, a significant decrease in the contact angle was observed for the experimental group, and the results indicated superhydrophilicity. Furthermore, the bovine serum albumin adsorption, initial adhesion of RBMCs, alkaline phosphatase activity, calcium deposition, and genetic marker expression of rat bone marrow cells were higher in the experimental group than those in the control group at all time points. Rat distal femur model are used as in vivo model. Additionally, microcomputed tomography analysis showed significantly higher results for the experimental group, indicating a large amount of the formed hard tissue. Histopathological evaluation also confirmed the presence of a prominent newly formed bone seen in the images of the experimental group. These results indicate that the atmospheric pressure plasma treatment with argon gas imparts superhydrophilicity, without changing the properties of the pure titanium plate surface. It was also clarified that it affects the initial adhesion of bone marrow cells and the induction of hard tissue differentiation.     

Simple synthesis of hierarchically structured partially graphitized carbon by emulsion/block-copolymer co-template method for high power supercapacitors

Hierarchical structure with macropores interconnecting mesopores of carbon material can remarkably improve the rate performance of electric double layer capacitor. However, pre-formed hard templates such as silica particles or polymer beads have been used in most synthetic procedures for them, resulting in an increase of manufacturing cost and time. Herein, we report novel method for synthesizing hierarchically structured macro/mesoporous partially graphitized carbon (MMPGC) for high power supercapacitor electrode material without pre-formed hard template. Instead of hard template, emulsion/block co-polymer co-template was used for generating macropores and mesopores, respectively. As a supercapacitor electrode material, MMPGC showed higher capacity retention at high current than ordered mesoporous carbon, which is characterized by cyclic voltammetry, galvanostatic charge–discharge. In addition, the effect of macropores and partially graphitized wall on reducing resistance of supercapacitor electrode was analyzed in detail with electrochemical impedance spectroscopy fitting method.     

硬组织植入生物材料的研究近展

基于临床对硬组织生物材料的性能要求,本文详细阐述了近年来硬组织植入材料的研究及其发展状况,并提出了今后的重点发展方向。     

In vivo rat subcutaneous tissue response of binder-free multi-walled carbon nanotube blocks cross-linked by de-fluorination

Binder-free multi-walled carbon nanotube (MWCNT) blocks from fluorinated MWCNTs were prepared using thermal heating and a compression method in vacuo. The resulting carbon nanotube blocks are lighter than graphite, can be machined and polished, possess average bending strengths of 102.2 MPa, a bending modulus of 15.4 GPa, and moderate wettability. The binder-free MWCNT blocks possess good biocompatibility when tested in the subcutaneous tissue of rats in vivo, which were covered by thin granulation tissue, 40-70 μm in thickness, comprising a few lymphocytes, cell with large cytoplasmic spaces like fibroblasts and foreign-body giant cells. That is indicative of a slight inflammatory response than MWCNT/resin blocks and poly(methyl methacrylate). This material can potentially be employed as an alternative artificial hard tissue or internal bone plate that makes use of the properties of CNTs.     

锂离子电容器硬碳负极材料的表面改性及其电化学性能研究

以浓硫酸和浓硝酸为氧化剂，采用超声氧化法对硬碳进行表面氧化处理，并研究其作为锂离子超级电容器负极材料的电化学性能。采用扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征手段研究了超声氧化处理对硬碳形貌、结构以及表面含氧官能团相对含量的影响。采用恒电流充放电、循环伏安法及交流阻抗法等电化学测试手段对处理前后硬碳的电化学性能进行研究。结果表明：超声氧化处理能在硬碳表面引入适量的含氧官能团，添加额外的活性中心，提高电子迁移率，进而提高硬碳材料的电化学性能。半电池测试中，在2 A·g^-1的高电流密度下，氧化硬碳的比容量是未处理硬碳的2倍，具有优秀的倍率性能。以氧化硬碳负极和活性炭正极制备出锂离子电容器，能量密度为37.6 W·h·kg^-1，功率密度可达9415 W·kg^-1，在1.0 A·g^-1电流密度下，经过4000次充放电循环后，容量保持率为99.1%，具有良好的循环稳定性。     

国内外PAN基碳纤维的研究进展

介绍了聚丙烯腈基碳纤维材料的应用与聚丙烯腈基碳纤维生产技术在国内外的现状与发展,重点介绍了PAN基碳纤维原丝的制备工艺,聚合体系的组成与研制,纺丝工艺的特点及PAN原丝预氧化工艺和PAN的碳化工艺的研究。在现阶段我国聚丙烯腈基碳纤维在生产与研制上与国外的差距,并对高性能碳纤维复合材料产业在我国的发展作了展望。