环糊精基活性炭的制备及其电化学性能

以环糊精为原料,采取先炭化后活化的方式,制备了具有高比表面积和丰富孔道结构的活性炭材料。本文通过改变KOH与环糊精炭化样品之间的碱炭比,研究了KOH用量对环糊精基活性炭结构及其电化学性能影响。在活化时间、活化温度等因素不变的情况下,活性炭的比表面积、总孔容及比电容随着碱炭比的提高,均呈现先增大后减小的趋势。当碱炭比为3时,活性炭的比表面积为1672m²/g,总孔容为0.75cm³/g,具有最佳的电容性能,在1A/g电流密度下比电容可达165F/g,优于同等条件下的商业炭21KSN（145F/g）,50000次循环后的比电容保持率为98.7%。     

化学活化法制备玉米芯基多孔炭材料

以玉米芯为原料,采用化学活化法可制备多孔炭材料。分别考察了活化剂、碱/炭质量比对多孔炭比表面积以及孔隙结构的影响。结果表明:由Na2CO3活化所得活性炭的中孔较多,比表面积小;而KOH因其强碱性,适合制备微孔发达的高比表面积活性炭,在碱炭比为31时能够制备总孔容和比表面积分别高达1.339cm3/g和2342m2/g的样品;用混合碱(Na2CO3:KOH:C=1:2:1)活化样,其特殊之处在于其微孔所占比例达到93.38%,且中孔分布更窄(2～4.5nm),说明混合碱的作用更易于制备微孔发达的活性炭。     

淀粉基炭微球的制备与电化学性能研究

以绿色环保的马铃薯淀粉为前驱体,通过添加分散剂制备单分散淀粉基炭微球,大大缩短了炭微球的制备时间。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及红外(FT-IR),对所得样品的形貌与结构进行表征,采用77K条件下的N2吸附,表征样品的孔隙结构。将制备的炭微球用作锂离子电池负极材料,进行电化学性能测试。结果表明:加入分散剂制备的炭微球具有更低的比表面积,稳定化8h,铁粉添加比例为100%时,炭微球的比表面积为297m~2/g,总孔容为0.16cm~3/g,在50m A/g的电流密度下,炭微球的首次放电比容量为786mAh/g,充电比容量为436mAh/g,材料表现出优良的循环性能与倍率性能。     

煤基石墨烯量子点在超级电容器中的应用

针对目前制备煤基活性炭氢氧化钾(KOH)使用比例过高及孔结构分布不合理问题，以太西无烟煤为碳源，先采用高铁酸钾与过氧化氢分步氧化将其氧化为石墨烯量子点，再与KOH混合活化制备煤基石墨烯量子点活性炭。结果表明，这种方法可降低KOH使用量(使碱炭比小于1)，且碱炭比对煤基石墨烯量子点的活化机制与对煤的活化机制类似：KOH用量较少时(碱炭比0.25)只有造孔作用；增加用量后(碱炭比0.5),KOH不但有造孔作用，还有扩孔作用；过量的KOH (碱炭比0.75)则以扩孔为主。随着碱炭比的增加，活性炭的比表面积与总孔容也随之增加，微孔率逐渐下降，中孔率和平均孔径都在增长。在碱炭比为0.75时，活化效果最好，GQDAC-0.75比表面积为1207.3m²/g，微孔率为39.5%，中孔率为51.8%；得益于其独特的“大孔-中孔-微孔”的层次孔结构，GQDAC-0.75表现出最优的电化学性能，在0.5A/g电流密度下比电容达243.6F/g，当电流密度增大到10A/g时，GQDAC-0.75的比电容保持在202.2F/g，继续增大电流密度到100A/g，比电容仍有179.5F/g，...     

具有多级孔道结构的高比表面多孔炭活化策略及VOCs吸附性能

以废弃榛壳为前体,采用不同活化策略制备多孔炭,探究活化策略和活化温度对多孔炭挥发性有机化合物（VOCs）吸附性能的影响,以及多孔炭的结构、表面性质与VOCs吸附性能的构效关系。结果表明,H₃PO₄法制备的多孔炭介孔体积大,且炭结构缺陷较少,吸附位点较少; KOH法获得的微孔体积较大,孔径集中在0.5~0.7nm的微孔,不利于VOCs分子吸附位点的有效利用。H₃PO₄-KOH分步法在850℃下制备具有高比表面积,孔径集中在0.5~1nm的宽微介孔分布,且炭结构高度无序并含有丰富缺陷位的多孔炭,为VOCs吸附提供了充足的吸附位点并提高了吸附位点了利用率,相比于H₃PO₄与KOH活化法制备的多孔炭的VOCs饱和吸附量显著提升,特别是对于弱极性VOCs。另外,H₃PO₄-KOH分步法制备的多孔炭表面官能团含量较低,极性较低,对非极性VOCs的吸附量远大于极性VOCs。因此,H₃PO₄-KOH分步活化策略是制备具有高比表面积、高VOCs吸附性能多孔炭的最优策略与方案。     

废弃物衍生分级多孔炭的制备及吸附应用进展

分级多孔炭因其高比表面积、大孔容及分级孔结构,目前广泛应用于超级电容器、锂离子电池、催化及吸附等领域。废弃物在热解气化过程中残留的碳基材料则是制备分级多孔炭很好的前体。本文根据废弃物来源及自身特性间的差异,对生物质和非生物质废弃物作为原料制备的分级多孔炭的特性及应用进行了综述及总结。并对不同制备方法的优劣及适用对象进行了比较。对分级多孔炭在挥发性有机物（VOCs）吸附、CO₂吸附捕集、染料吸附、抗生素以及酚类物质的吸附过程进行分析,总结出废弃物基多孔炭在孔径结构及表面杂原子掺杂情况下的优势能够增强这几类物质的吸附效果。结合已有文献,对废弃物基分级多孔炭的制备、孔径设计及表面官能团设计提出展望。     

石油焦基多孔炭电极材料的制备及调控

以石油焦为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制得中孔丰富、比表面积高的多孔炭。通过硝酸铁溶液浸渍,再经高温热处理,或在高温过程中通入CO2,对多孔炭进行孔结构深度调控。将所制多孔炭用作电化学电容器电极材料,通过恒流充放电、循环伏安测试其电化学性能,采用氮气吸附法测定多孔炭的比表面积及孔径分布。结果表明:KOH与石油焦质量比为3∶1,活化温度850℃,活化时间90 min时,可以制得比表面积为2 738 m2/g,总孔容为1.51 cm3/g,中孔率为43.2%的多孔炭,在电流密度为100 mA/g时,该电极在6 mol/L KOH电解液中的比电容值高达256.6 F/g。多孔炭经金属盐溶液浸渍并经CO2二次活化后,中孔率由43.2%提高至70.7%,尽管因比表面积的下降造成了电极比电容值的下降,但由于中孔率的提高,电极的充放电速率明显加快。     

表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

以河北无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备具有高比表面积的煤基电容炭,考察煤基电容炭的比表面积对无机/有机体系下双电层电容器电化学性能的影响。结果表明:随着碱煤比的增加,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率增加。当碱煤比达到3.5时,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率分别为3 389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。可以看出,对于无机/有机体系,在相同的比表面积变化规律下,电容器电化学性能的变化规律略有不同。当碱煤比小于2时,所制电容炭的比表面积小于2 400 m2/g,此时对于无机/有机体系,电容器的比电容变化规律相同,比电容都随比表面积的增大增幅明显。当碱煤比大于2时,所制电容炭的比表面积大于2 400 m2/g,此时随着比表面积的继续增大,对无机体系,电极材料的比电容几乎维持不变,比电容最高可达331 F/g;对有机体系,电极材料的比电容增幅减缓,比电容最高可达192 F/g。当碱煤比为2时,电容炭的比表面积为2 382 m2/g,此时无论对于无机体系还是有机体系,电容器在保持相对较高比电容的同时具有相对较高的电容保持率。由此可知,一定程度上,提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能。制备具有适宜比表面积的电容炭,在得到较高电容性能电容器的同时更能有效控制成本。同时,以煤为原料制备电容炭,可提升煤的附加值,具有很好的市场前景。     

酚醛树脂基炭微球结构调控与功能化制备研究进展

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率高,而且通过调整反应物和反应条件可实现对炭微球结构和功能性的精细调控,从而更好地满足实际应用的需求。概述了酚醛基炭微球的最新研究进展,分为小粒径炭微球制备、多孔炭微球制备和功能化炭微球制备三个方面,并介绍了酚醛基炭微球在储能、吸附和电催化领域的应用,最后对其未来发展方向进行了展望。     

中间相沥青微球的活化

用KOH为活化剂,在不同活化条件下对中间相青微球进行活化,制备出比表面积为3182m^2/g,总孔容为2．45mL/g,苯吸附值为1320mg/g的高比表面积活性炭微球。研究了了KOH配比、活性温度和活化时间对活性炭微球的收率、比表面积和苯吸附值的影响。研究表明：随着KOH配比量或活化温度的提高,活化收率下降,活性炭微球的比表面积和七吸附值升高到一定值后下降;延长活化时间使活化反应进行完全,活性炭微球的活化收率、比表面积和苯吸附值仅有轻微变化。     

Porous Carbon Spheres Derived from Hemicelluloses for Supercapacitor Application

With the increasing demand for dissolving pulp, large quantities of hemicelluloses were generated and abandoned. These hemicelluloses are very promising biomass resources for preparing carbon spheres. However, the pore structures of the carbon spheres obtained from biomass are usually poor, which extensively limits their utilization. Herein, the carbon microspheres derived from hemicelluloses were prepared using hydrothermal carbonization and further activated with different activators (KOH, K₂CO₃, Na₂CO₃, and ZnCl₂) to improve their electrochemical performance as supercapacitors. After activation, the specific surface areas of these carbon spheres were improved significantly, which were in the order of ZnCl₂ > K₂CO₃ > KOH > Na₂CO₃. The carbon spheres with high surface area of 2025 m²/g and remarkable pore volume of 1.07 cm³/g were achieved, as the carbon spheres were activated by ZnCl₂. The supercapacitor electrode fabricated from the ZnCl₂-activated carbon spheres demonstrated high specific capacitance of 218 F/g at 0.2 A/g in 6 M KOH in a three-electrode system. A symmetric supercapacitor was assembled in 2 M Li₂SO₄ electrolyte, and the carbon spheres activated by ZnCl₂ showed excellent electrochemical performance with high specific capacitance (137 F/g at 0.5 A/g), energy densities (15.4 Wh/kg), and good cyclic stability (95% capacitance retention over 2000 cycles).     

聚合物功能性填料豆秸基活性炭的制备及导电性能研究

为了增强橡胶制品的耐热性或者一般高分子聚合物的导电性,活性炭作为一种功能性填料被用于相关材料的成型加工中。本文采用豆秸活化,并在高温下炭化制备了高分子材料的填料—活性炭。并且通过多种测试手段分析其电化学性能。本文主要研究了采用KOH直接活化豆秸粉的方法,并通过700℃高温碳化获得高比表面积豆秸基活性炭。通过改变原料与KOH的混合比例,得到不同的产品。通过电化学性能测试、氮气吸附测试、电镜分析等对所得到的碳材料进一步表征。结果显示,采用改变KOH的比例制得的不同碳材料都含有丰富的微孔及一定量的介孔和大孔。其中DFC-1:1.5样品的总比表面积达到1269 m2/g,微孔率达93.8%。将所制备的碳材料制备成电极材料,在浓度为30%氢氧化钾电解液中进行电化学性能测试。测试表明,活性炭表现出良好的超电容特性。其中DFC-1:1.5电化学性能较好,在电流密度0.1 A/g下,其电容值达到255.1F/g,在电流密度增加到5A/g时其比电容依然可达160.7 F/g。通过三电极交流阻抗测试,碳材料的内阻非常小,说明导电性能良好。     

针状焦基电容器碳质电极材料的制备及电化学性能研究

以煤系针状焦生焦为原料,KOH为活化剂,制备了用于超级电容器电极材料的活性炭。以3 mol/L KOH为电解液,用三电极电化学系统测试了活性炭的电化学性质;考察了活化剂用量对活性炭电化学性质的影响。研究结果表明：活化过程中,随着碱含量的增加,活性炭的电化学性能逐渐提高。当碳碱比为1∶3时,活性炭的比表面积达到2572.7 m²/g;电流密度为1 A/g时,其质量比电容达到316 F/g。循环5000圈之后,比电容保持在95.7%,库仑效率保持在97.0%。采用两电极系统,进一步考察了活性炭的电化学性能,以1 mol/L Na₂SO₄为电解液,电压窗口拓宽至1.8 V,循环伏安曲线同样展现出良好的矩形,能量密度和功率密度分别为20.8 W·h/kg和230 W/kg。     

Study on synthesis of low surface area activated carbons using multi-step activation for use in electric double layer capacitor

Low surface area activated carbon derived from compact mesocarbon microbeads (MCMB2010) was synthesized using a lower amount of KOH (1:1 weight ratio of KOH to MCMB) than normally used followed by electrochemical activation. The specific capacitance of the activated carbon heat treated at between 650 and 900 °C was increased up to ca. 118 F/cc (half cell base, 750 °C-heat treated sample) after electrochemical activation, even with a low surface area carbon (<50 m²/g). The morphology of low surface area activated MCMB determined by FE-SEM showed a smooth carbon surface without pores. The charge/discharge profiles were similar to those of conventional activated carbon. The specific capacitance of the activated samples increased with increasing heat treatment up to 850 °C after electrochemical activation. However, it was lower for the sample heat treated at 900 °C.     

高比表面积煤基活性炭的制备及其吸附性能的研究

以太西无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备高比表面积煤基活性炭,着重考察了碱炭比、活化温度、活化时间对活性炭吸附性能的影响。研究结果表明：当碱炭比为4、活化温度为800℃、活化时间为1h时,可以制得比表面积达3215m^2／g,碘吸附值达2884mg／g,亚甲蓝吸附值达548mg／g的高比表面积煤基活性炭。     

基于树叶制备的多孔碳材料作为锂电池负极的应用试验

以树叶作为廉价易得的碳源,采用硼酸处理改善其电化学性能,并用氢氧化钾(KOH)进行活化提高材料比表面,以获得更多的储锂活性位。制备电池并对其进行测试。测试表明,活化材料作为锂电池的负极材料,具有较高的比容量,经过40次充放电循环后,仍然能够保持相当高的比容量,并且有着出色的大电流放电能力。因此,它作为锂离子电池的电极材料具有潜在的商业价值。     

活性炭孔结构及电化学性能协同优化

以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备了高微孔率马尾藻基活性炭,结合二氧化碳与碳反应动力学机理,对马尾藻基活性炭进行二氧化碳扩孔改性,研究了二氧化碳改性对高微孔率马尾藻基活性炭孔结构特性和电化学性能的影响。研究表明：二氧化碳改性后马尾藻基活性炭的比表面积明显减小,由3155m²/g减小至2776m²/g,但是改性后活性炭中孔比表面积明显增大,由181m²/g增大至538m²/g,活性炭孔径介于2~8nm的中孔含量明显增多,比表面积的减少是由于微孔比表面积的减少导致的。改性后活性炭微孔含量降低,孔径介于0.4~0.6nm的微孔结构基本消失,但是孔径介于0.6~1nm的微孔结构却有所增加,活性炭微孔平均孔径增大。改性后马尾藻基活性炭的比电容性能以及倍率性能得到明显提升。经过二氧化碳改性后,马尾藻基活性炭的孔结构和电化学性能得到协同优化。