碳分子筛的优化设计及其I3-还原性能研究

研究对比了商业化碳分子筛(CMS)、多壁碳纳米管、活性炭和还原氧化石墨烯四种碳材料的I₃^-还原性能。采用场发射扫描电镜、高倍率透射电镜、X射线衍射等技术手段表征了材料的微观结构特征，结合循环伏安(CV)和光电转换测试(I-V)结果，解耦了材料的构效关系。结果发现，以CMS为对电极组装的DSSCs的光电转换效率最高，达7.46%。在此基础上，研究考察了高温退火处理对CMS的微观结构、性质和性能的影响，揭示了影响I₃^-还原性能的关键因素。结果表明，800℃处理的样品CMS800光电转换效率高达8.56%，明显优于贵金属Pt对电极，同时表现出优于Pt的电化学稳定性。     

玉米淀粉基三维网状结构炭质整体材料的制备

以玉米淀粉为碳源,利用其凝胶化性质,综合采用常压冰冻、真空冷冻干燥和高温炭化技术成功制备出三维网状结构炭质整体材料。研究玉米淀粉凝胶化工艺,如玉米淀粉浓度和电解质乙酸镍浓度对淀粉海绵前驱体和三维网状炭质整体材料形貌和结构的影响。结果发现:经过凝胶化处理,玉米淀粉的结晶度降低,结晶区的特征衍射峰完全消失;淀粉海绵前驱体和三维网状结构炭质整体材料的形貌和结构与淀粉浓度和电解质乙酸镍浓度密切相关,三维网状结构淀粉海绵前驱体形成的适宜淀粉质量浓度为10%,掺乙酸镍淀粉海绵前驱体三维网状结构形成的适宜乙酸镍浓度为0.1 mol/L;乙酸镍具有调变三维网状结构炭质整体材料宏观体积和孔结构的功能,可使三维网状结构炭质整体材料的宏观体积收缩近80%,贯通的大孔结构转变成封闭孔结构。     

单分散纳米聚苯乙烯微球的制备及在多孔炭材料中的应用

在超声波辅助下通过微乳液聚合法制备出纳米PS微球,利用重力沉降法制备出聚苯乙烯胶晶阵列,以该阵列为大孔模板制备出大孔一介孔分级炭材料,利用激光粒度仪、场发射扫描电镜、红外和N2物理吸附及解吸附技术对产品的形貌、微观结构及性能进行表征与研究,结果表明,采用超声波辅助微乳液聚合可实现粒径在50nm-500nm范围内聚苯乙烯纳米球的可控制备,增大KPS和PVP用量,PS粒径均会变小,St／SDSN要有适合的比例才能保证PS粒径小且单分散均一。     

以太西无烟煤为碳源制备单壁碳纳米管

以太西无烟煤为碳源,研究了用直流电弧放电法大批量制备单壁碳纳米管的工艺条件,考察了放电气氛及压力、催化剂种类及其用量和煤基炭棒的炭化终温对单壁碳纳米管产率的影响,采用发射光谱技术对电弧等离子体进行了实时监测,用透射电子显微镜、拉曼光谱技术、热重技术和物理吸附技术等对单壁碳纳米管产品进行了分析表征。研究表明,以稀土氧化物Y2O3和过渡金属Ni为催化剂、煤基炭棒为阳极,在0.05MPa氦气下电弧放电,可实现单壁碳纳米管的批量制备,单壁碳纳米管的产量随着煤基炭棒炭化终温的升高而增大。电弧放电得到的煤基单壁纳米碳管以管束形式存在;单壁碳纳米管粗产品中金属催化剂含量低于40%(质量);所得到的煤基单壁碳纳米管的直径在1.5～2.4nm之间,比表面积为199m2.g-1,孔容为0.388cm3.g-1,其中中孔占60%。光谱分析表明,电弧等离子体中存在大量的C和一定的CN活性物种。     

大孔-介孔分级孔结构炭材料制备及性能研究

以聚苯乙烯微球以及F127嵌段共聚物自组装结构为模板,酚醛树脂低聚物为碳前驱体,双模板法合成了大孔-介孔分级孔结构的炭材料.对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮吸附-脱附测试,并研究了样品的电化学性能.结果表明,利用这种简便的合成方法可以得到具有三维连通大孔以及二维有序介孔结构的分级孔结构炭材料,大孔尺寸在1μm左右,介孔孔径集中分布在5nm,比表面积为353.8m2/g,孔容0.36cm3/g.利用三电极体系测试了产品作为电化学双电层电容器电极材料的性能,在50mA/g的电流密度下,放电质量比电容为40F/g.     

壳聚糖基大孔炭质整体材料的制备及其对痕量二氧化硫的吸附性能

以壳聚糖为碳源,综合采用冰模板技术和低温热解炭化技术,制备出具有蜂窝状孔结构特征的大孔炭质整体材料,研究了此类新材料对痕量二氧化硫的吸附性能及再生能力。结果表明,大孔炭质整体材料蜂窝状孔结构的形成及其规整程度与冰模板过程的冷冻时间等因素密切相关;200℃下低温热处理可得到具有丰富表面含氮官能团的大孔炭质整体材料;经氨水溶液中的离子交换功能化处理后,该大孔炭质整体材料对低浓度SO₂的吸附容量显著提高,可达到57 mg·g^-1;吸附饱和后,经空气简单吹扫处理,大孔炭质整体材料即可大部分再生,少数不可再生部分是由于质子化的氨基与亚硫酸根和硫酸根在吸附过程中形成了不可逆化学吸附产物季铵盐所致。壳聚糖基大孔炭质整体吸附剂材料有望在污染空气的脱硫净化,特别是在质子交换膜燃料电池的阴极空气脱硫净化方面发挥重要作用。     

纳米材料在水处理中的应用研究

纳米技术包括纳米结构和纳米材料。作者从纳米TiO2光催化氧化技术、纳滤膜技术和纳米吸附材料等三方面介绍了纳米技术在水处理中应用的原理、材质和特点,讨论了崭新的纳米水处理技术的应用前景。     

镶嵌单层MoS2的生物质基硼氮共掺杂碳纳米片合成与储钠性能

基于可再生生物质在二维层状晶体表面的自组装及其与四硫代钼酸铵的化学配位作用,发展了一种镶嵌单层MoS₂纳米片的超薄硼氮共掺杂碳纳米片的制备策略。此结构中,二维纳米碳结构利于提供更大的电化学活性表面积、连续的电子传导通路并大幅缩短电子传输路径,同时实现单层MoS₂纳米结构的均匀分散;均匀镶嵌其内的单层MoS₂纳米结构则显著提升了钠离子存储容量,并加速其在充放电过程中氧化还原反应动力学速率。应用于钠离子负极材料时,此类二维复合结构表现出了优异的储钠比容量、倍率性能和循环稳定性。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

碳纳米环：生长机理、可控合成、性质和应用

碳材料是一类神奇的材料,碳原子可以通过sp、sp2或sp3杂化构筑不同微观结构的碳材料。目前,已经发现的碳的同素异形体有石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管、碳纳米环、石墨烯和石墨炔。富勒烯和石墨烯因性质独特、应用前景广阔,其发现者分别获得1996年和2010年诺贝尔奖。碳纳米环具有独特的环状结构、优异的机械强度及特殊的物理化学性能,也引起广泛关注。研究者从早期对碳纳米环进行理论计算、预测其性质,到现在已能够通过化学气相沉积、激光辐射、超声诱导自组装等方法制备不同尺寸的碳纳米环,并对其性质和应用进行探索。总结了近30年来有关碳纳米环的生长机理、可控合成、性质和应用等方面的研究进展,对其规模化合成与应用提出了建议与展望。