高电容氮硫共掺杂多孔炭纳米片的制备

提供一种新型的超级电容器用高电容氮硫共掺杂多孔炭纳米片的制备方法,该方法操作简单、时间周期短、重复性好。以葡萄糖酸钙为碳源、氢氧化钾为活化剂、硫脲为氮硫源,通过直接碳化法制备出氮硫共掺杂多孔炭纳米片,并用于超级电容器的电极材料。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、拉曼以及氮气吸脱附测试分析,氮硫共掺杂多孔炭纳米片具有高比表面积(491 m²·g^-1)、高氮掺杂量(8.1%)、高硫掺杂量(3.7%)以及分级孔道结构,并在6 mol·L^-1的KOH水溶液中表现出良好的电化学性能。当电流密度为0.2 A·g^-1时,其质量比电容高至221 F·g^-1,在20 A·g^-1时,其质量比电容可以达到144 F·g^-1,质量比电容保持率高达65%,而且经过5 000次充放电循环的电容保持率高达100%。该方法制备出的氮硫共掺杂多孔炭纳米片不仅表现出较大实际应用潜力,而且为寻找电化学性能优异的氮硫共掺杂电极材料奠定基础。     

多孔碳纳米片的制备及其在电化学领域的应用研究进展

介绍了二维多孔碳纳米片(PCNs)材料在能源领域的应用优势,综述了PCNs的制备方法以及在锂离子电池、超级电容器和电催化氧还原反应等电化学领域的应用研究进展。PCNs的制备方法为硬模板法(包括空间、盐粒表面和其他二维材料表面模板)、软模板法(包括使用两亲性小分子和两亲性块状共聚物(BCPs)制备PCNs)、无模板法(包括小分子、聚合物和生物质作为前驱体来制备PCNs)。其中软模板法相比硬模板法,其稳定性较差,还需进一步提高。指出未来应致力于开发制备PCNs的新方法和新型PCNs基材料,同时研究此类PCNs材料在分离膜、生化传感器、量子器件等方面的应用。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能

氮掺杂多孔碳(NPC)电极材料具有特殊的多孔结构,导致其比表面积高,化学稳定性好,同时电容性能良好,然而导电性差,能量密度低等因素也限制了其实际应用。以天然产物为碳源,经高温热解产生碳化残渣,将这些残渣经筛分,与氢氧化钾和三聚氰胺一起混合、研磨,然后再经过高温焙烧、洗涤、烘干后得到NPC样品。该样品外观为黑色粉末,在扫描电镜下观察其形貌呈现多孔状,氮元素含量达到6.45wt%。将NPC与乙炔黑、聚偏氟乙烯按8∶1∶1的质量比制成电极压片,可组装成对称型超级电容器。在两电极体系下,以6M KOH为电解液,通过恒电流充放电(GCD)和循环伏安(CV)测试表明:电流密度为0.1A/g时,组装的超级电容器的比电容达到145F/g,而且当功率密度为50W/kg时,能量密度可达到20Wh/kg。经1000次循环充放电后,其比电容仍然保持96.9%,库仑效率基本稳定在99%,说明NPC具有优良的电容特性和循环稳定性。     

层次多孔碳的制备及其电化学性能的研究

以间苯二酚-甲醛(RF)作为碳源,利用具有中空结构的聚苯乙烯球(PS)作为模板,在高温下碳化得到三维层次多孔碳。采用扫描电镜、循环伏安及恒流充放电等方法对其性能进行测试。结果表明,层次多孔碳在高倍率条件下具有优异的电化学性能。     

一步热解制备CuO/氮掺杂多孔碳及储能特性

以乙酸铜、三聚氰胺为原料,采用溶剂热法合成三聚氰胺铜超分子化合物.以超分子化合物为前驱体通过一步热解,制备CuO/氮掺杂多孔碳材料.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和比表面仪对材料的结构与形貌进行表征.结果 表明:超分子化合物在500℃热解后,CuO纳米粒子均匀负载在氮...     

氮掺杂石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其氧还原催化性能

采用简单、无模板的方法制备了氮掺杂多孔石墨烯/碳复合材料(NPGC)。采用SEM、XRD、Raman、XPS等分析手段对NPGC的形貌、组成以及结构进行了表征，利用旋转圆盘电极技术测试了其电催化氧还原反应(ORR)活性。结果表明，葡萄糖在水热后生成的碳与石墨烯成功复合，并在950℃炭化、活化后形成了相互渗透、结构良好的三维片状多孔网络结构；其氮含量高达9.47%。NPGC作为一种高效的非金属ORR电催化剂，在碱性溶液中具有较高的起始电位[0.87 V(vs RHE)]和较大的极限电流密度(4.7 mA?cm^?2)，以及其ORR平均转移电子数为3.8。与商业Pt/C催化剂相比，NPGC具有较强的耐甲醇性和长期耐久性，且制备成本较低，具有广阔的应用前景。     

铋/纳米洋葱碳电极的制备及其电化学还原CO2性能研究

采用水热法制备Bi/MCNOs电极催化剂,通过XRD、SEM对Bi/MCNOs催化剂进行表征,考察了Bi/MCNOs电极电化学还原CO₂制甲酸的性能。结果表明,在水热过程中,MCNOs成功负载到Bi上,Bi/MCNOs具有更小的球状结构。Bi/MCNOs电极电化学活性表面积为Bi电极的3.4倍。Bi/MCNOs电极的电流密度是Bi电极的4倍,且具有更正的起峰电位。通过对KHCO₃电解液浓度、还原电位对电化学还原CO₂制甲酸的分析可知,KHCO₃电解液浓度为0.5 mol/L、电势为-1.6 V vs.Ag/AgCl时,电化学还原CO₂效果最好,具有较高的电流效率。由此可见,Bi/MCNOs电极具有更高的活性,可有效提高电化学还原CO₂的催化效果。     

多孔氮掺杂石墨烯/MnO2的制备及其电化学性能

用双氧水造孔得到多孔氧化石墨,以尿素为氮源,通过水热法得到了多孔氮掺杂石墨烯(HNG)与MnO2的复合物HNG/MnO2.结果 表明:HNG/MnO2在0.5 A/g电流密度下的比电容可以达到246 F/g,当电流密度达10 A/g,比电容为172 F/g,可以保留70％的比电容.将HNG/MnO2作为正极与石墨烯水凝胶负极组装的非对称超级电容器,在0.5 A/g可以贡献71 F/g的比电容,当电流升至5 A/g仍可有43 F/g的比电容,保持率为62％.此外,非对称超级电容器在5 A/g的电流密度下,稳定循环3000圈后仍可保留90.8％的初始容量.     

纳米硅碳/石墨复合负极材料的制备及其电化学性能研究

以机械球磨法和化学气相沉积法制备的纳米硅为原料，通过喷雾干燥法制备了人造石墨@纳米硅@无定形碳材料，探究不同制备工艺的纳米硅对包覆效果的影响。结果表明，气相沉积法制备的球形硅颗粒包覆效果更好，材料的电化学性能更优，在0.1C倍率下循环150周，比容量维持在678.7 mAh·g^-1。     

N/B/Fe共掺杂生物质炭阴极制备及电芬顿降解对硝基酚

以玉米芯为主要原料,采用热沉积、高温焙烧法,制备N/B/Fe共掺杂生物质炭（N/B/Fe@BC）,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）等手段对样品的晶格结构、形貌特征和组成等进行表征,并以对硝基酚为对象,探究N/B/Fe@BC电极的电芬顿催化性能。结果表明,N/B/Fe@BC为纳米薄片交错堆积的三维多孔结构,表面缺陷较未掺杂生物质炭显著增加,催化氧还原以两电子产H₂O₂为主。在电流强度50mA、初始pH为3的电芬顿体系中,120min时对硝基酚的去除率为97.93%±1.62%,60min内反应速率常数k为0.040min^-1,是未掺杂生物质炭电极的2.7倍。N/B/Fe@BC电极的pH适用范围较宽,受水质的影响较小,循环使用10次后120min对硝基酚的去除率仍可达到85%以上。     

纳米木质素基多孔炭的制备及其电化学性能

基于绿色低共熔溶剂（DES）高效分离麦草生物质组分以制备纳米木质素（LNP）,本文采用化学活化法并进一步热解炭化制备纳米木质素基多孔炭（LNPC）。借助SEM、Raman、BET-物理吸附等分析手段研究了锌系活化剂及热解炭化温度（600℃、700℃、800℃）对LNPC的结构特征及电化学性能的影响。研究结果表明,相对于LNP直接热解炭化后纳米碳粒子的极易团聚,经锌化物活化后所制备的LNPC表现出更好的分散性和多级孔道形貌结构。尤其,以ZnCO₃活化后制备的LNPC-ZnCO₃-800具有更突出的性能,较高石墨化程度（I_D/I_G为0.68）、较高BET比表面积（679m²/g）、高介孔率（86.7%）、均匀纳米碳粒子构成的介孔结构。此外,以LNPC-ZnCO₃-800制备的工作电极,在0.5A/g时的比电容可达179F/g,与直接热解炭化的LNPC-800（64F/g）相比,其比电容的容量提高了180%。     

富氧多孔炭的合成及其在电化学储能中的作用

多孔炭在电化学储能器件中具有不可或缺的作用。本文主要介绍了富氧多孔炭材料的物理化学特性、表面含氧官能团的种类及表征方法;总结了富氧多孔炭常见的合成方法并分析了各种方法的优缺点;以超级电容器和锂/钠离子电池为例,阐述了近年来富氧多孔炭材料在储能应用方面的研究进展,探讨了含氧官能团在储能过程中的作用机理;指出了富氧多孔炭应用于电极材料时高比容量与高导电性能相互制约的问题,提出理性设计多孔炭结构中含氧官能团的类型及数量,可以在保持多孔炭电化学稳定性的同时,为多孔炭提供丰富的氧化还原活性位,提高其与电解质的亲和性,从而提升储能器件的能量密度;并展望了含氧官能团原位表征技术的开发与材料先进结构组分的设计等富氧多孔炭储能电极的未来发展方向。     

光化学法制备过渡金属-氮共掺杂多孔炭基CO2电还原催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭材料是一类高效的CO₂电还原催化剂。以热解聚合物制备的氮掺杂炭材料为载体,浸渍镍源,经红外灯光照2 h,利用光化学法制备了高分散的镍-氮-碳催化剂（Ni/NC）。采用扫描电镜（SEM）、物理吸附、粉末X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂的形貌、结构、物相和组成进行了分析,并评价了催化剂的CO₂电还原反应性能。电化学性能测试结果表明,在0.5 mol/L的KHCO₃电解液中,镍的负载量为2 %（质量分数）时催化性能最好,CO分电流密度得到有效提升,塔菲尔斜率为492 mV/dec,起始过电位为286 mV;在-0.6 V（vs.RHE）下,CO的法拉第效率为78%,在-1.0 ~-0.5 V（vs.RHE）内,n（CO）/n（H₂）=0.5~3.6。     

金负载多孔g-C3N4纳米片制备及可见光催化产氢性能

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为一种不含金属的光催化剂,因成本低、简单易得和良好的光响应特性受到关注。然而,电子-空穴对的高复合率阻碍了其广泛的应用。以三聚氰胺为原料、尿素为致孔剂,通过水热结合煅烧方法制备出多孔g-C₃N₄纳米片（PCNS）,然后采用化学还原法将金（Au）负载在PCNS表面,并对反应体系中的金含量进行调控。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、拉曼（Raman）光谱、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和电化学测试等对复合材料进行了表征。与PCNS相比,Au/PCNS复合材料不仅具有更强的光吸收性能,而且电子和空穴的复合率也明显降低。同时对复合材料的可见光分解水产氢性能进行了研究,结果发现0.5%Au/PCNS呈现出最优的光催化产氢速率[84.09 μmol/（g·h）],是0.5%Au/g-C₃N₄[1.88 μmol/（g·h）]的44.7倍。     

晶须形中空多孔氮掺杂复合碳电极材料的制备及电化学性能研究

中空多孔碳因其低密度、大孔容、高比表面积以及优良的电导率,被视为一种理想的电负极材料。以纳米碳酸钙晶须为模板剂,负载聚多巴胺薄膜与氧化石墨烯,作为碳源与氮源,制备出晶须形中空多孔碳材料（Cw-GO）,应用于锂离子电池负极。碳化过程中,碳酸钙晶须经高温分解释放出大量二氧化碳,刺破碳前体壳层,具有高效扩孔功能。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附-脱附仪对样品形貌和结构进行了表征,利用循环伏安（CV）、阻抗谱（EIS）、循环充放电（GCD）对样品进行电化学性能检测。结果表明,复合材料Cw-GO在500 mA·g^-1的电流密度下,其初始放电比容量可达到1185.9 mA·h·g^-1,在循环200次后,比容量为921.8 mA·h·g^-1,库仑效率基本保持在99.4%,表现出优异的电化学性能。     

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%。     

酚醛树脂基活性炭材料的制备及其电化学性能

以酚醛树脂（PF）为原料,聚乙二醇（PEG）为造孔剂,采用聚合物共混炭化及水蒸气活化法制备超级电容器电极用活性炭。通过热重（TG）分析探讨了PF、PEG及其共混物（PF-PEG）在升温过程中的热解行为,用N₂-BET法测试比表面积及其孔结构参数。通过测试恒流充放电、循环伏安和交流阻抗曲线分析其电化学性能,研究了活化温度、水蒸气流速及活化时间对活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,当活化温度为900℃、水蒸气流速为1 ml·min^-1、活化时间为2 h时制备的活性炭结构和性能相对较好,孔径主要分布在2 nm以下,比电容达到105.4 F·g^-1,具有良好的电容特性。     

分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注.在当前开发的电极材料中,碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐.传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积,但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题.针对上述问题,研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究.本工...     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。