碳纳米复合结构纤维膜吸附性能研究

通过将不同比例的碳纳米管与聚丙烯腈混纺成丝,探讨其在不同温度下进行炭化处理后CNTs外露在纳米纤维表面的结构状态,以及CNTs对于碳纳米纤维内部孔隙提高的关系;研究不同p H值、不同吸附剂质量、污染物初始浓度以及吸附时间对CNTs的碳纳米纤维多孔材料吸附Cr(Ⅵ)性能的影响。结果表明,混纺CNTs的碳纳米纤维比表面积提高到37.627 m2/g,孔体积达到3.832 cc/g。多孔吸附材料在20min内就能达到25.17 mg/g的吸附性能,当吸附达到平衡时,吸附性能达到76.62 mg/g。     

纳米纤维锂电池负极材料的制备及性能分析

探讨一种用于高性能锂离子电池负极材料的制备及性能。通过配制乙酰丙酮铁的聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯(PAN/PMMA)混合溶液用作前驱液,利用静电纺丝技术制备多孔碳/四氧化三铁纳米纤维。结果表明:多孔碳/四氧化三铁纳米纤维呈现多孔的结构和凹凸不平的形貌,Fe_3O_4纳米粒子均匀地镶嵌在碳基质中;在电流密度为100 mA/g时,多孔碳/四氧化三铁材料电极首次放电比容量高达1 380 mAh/g,经过100次循环后,稳定比容量为641 mAh/g;这种电极材料表现出优良的倍率性能,在电流密度为5 000 mA/g时,其可逆比容量仍维持在330 mAh/g。认为:这种多孔碳/四氧化三铁复合物作为高性能锂电池负极材料具有广泛的应用前景。     

钴基分级多孔复合碳材料的制备及其电化学性能

为制备具有高比表面积和分级多孔结构的碳材料来提高其用于电极的电荷存储能力,采用静电纺丝技术将钴金属有机骨架材料(ZIF-67)与聚丙烯腈(PAN)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合制备复合纳米纤维膜,然后对其进行高温炭化处理得到钴基分级多孔复合碳材料,表征了其结构和电化学性能,探究了ZIF-67负载量对复合碳材料结构和性能的影响。结果表明:负载ZIF-67的复合碳材料相对于单一碳材料具有较高的比表面积和丰富的中孔结构,当ZIF-67相对于PMMA的负载量为10%时,复合碳材料比表面积为259.814 m2/g,中孔占比为68.8%,在1 A/g电流密度下的比电容可达151 F/g,是未负载ZIF-67的PAN/PMMA碳材料的3倍,且在2 000次循环后,比电容保持率仍为84.8%。     

基于ZnCo2O4的多孔碳纳米纤维制备及其储能性能

针对锂硫电池循环过程中容量衰减快的问题,采用水热法制备ZnCo₂O₄纳米颗粒,然后与聚丙烯腈(PAN)混合,通过静电纺丝法制备复合纳米纤维并进行炭化处理得到复合多孔碳纳米纤维。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、比表面积测试仪表征复合多孔碳纳米纤维的微观结构和物化性能,优化得到最佳制备工艺;并将其作为正极硫载体测试电化学性能。结果表明:基于ZnCo₂O₄制备的复合多孔碳纳米纤维存在大量孔孔相连的通道,比表面积高达210.85 m²/g;组装成的锂硫电池具有典型的充放电平台以及明显的氧化还原峰,其初始放电比容量为759.2 mA·h/g,50圈充放电循环后,仍具有74.0%的可逆比容量,相比于不掺杂ZnCo₂O₄的静电纺丝碳纳米纤维具有更高的比容量,更好的倍率性能。     

多孔与连通结构碳纳米纤维电极的设计及其电化学性能

为开发设计具有高电化学性能的碳纳米纤维电极，采用静电纺丝技术、戊二醛交联和高温炭化制备聚丙烯腈/高直链淀粉(PAN/HAS)基碳纳米纤维，并对其形貌、元素组成、石墨化晶体结构和比表面积进行了研究。结果表明：经过戊二醛交联后的碳纳米纤维呈现连通结构，并具有优异的石墨晶体和多级孔结构、较大的比表面积(647 m²/g)和较高的总孔体积(0.60 cm³/g);将其制备成电极，在三电极体系下，当电流密度为1 A/g时比电容为255 F/g,当电流密度为20 A/g时比电容保持率高达71%;经过10 000次充放电循环后，电极比电容的保持率高达99.8%,显示出优异的循环耐久性。     

木质素调控制备果糖基碳微球及其电化学性能研究

本研究使用果糖作为碳源,木质素磺酸盐协同三嵌段共聚物P123作为模板剂,经过水热碳化法和高温碳化法制备果糖基碳微球材料。探究了木质素磺酸盐对果糖在水热条件下的组装过程及调控机制,并分析果糖基碳微球材料在电化学领域的应用。结果表明,木质素磺酸盐的加入是微球表面形成波纹状突起的决定因素。经高温碳化处理过后得到中空多孔的Yolk-Shell果糖基碳微球材料具有良好的电化学性能,其比表面积为535. 04 m~2/g,孔容为0. 26 cm~3/g;在电流密度为0. 1 A/g时,其比电容为96 F/g,能量密度为3. 16 Wh/kg,功率密度为28. 06 W/kg。     

柔性超级电容器用织物基复合电极的制备及其性能研究

通过将棉织物碳化,再在其表面沉积多臂碳纳米管(MWCNT),制备三维柔性导电基底,再以恒电流电沉积的方式在三维柔性导电基底上生长CuS,得到织物基复合电极材料g-CuS/MCc.经测试发现:生长在三维柔性导电基底上的CuS为纳米片状Cu7S4,g-CuS/MCc的比表面积为376.21 m2/g;在2 mA/cm2的充...     

木质素基多孔纳米碳纤维在超级电容器电极材料中的应用

以乙酸木质素、聚氧化乙烯、乙酰丙酮铁和聚乙烯吡咯烷酮为原料,通过静电纺丝以及随后的碳化过程制备得到木质素基多孔纳米碳纤维,将其用作超级电容器电极材料。多孔碳电极在0.5A/g的电流密度下的比电容值为67.05F/g,比未添加开孔剂的木质素基碳纤维电极提高了88%。多孔碳电极还具有良好的循环性能,在0.5A/g的电流密度下循环1000次后的保留电容为初始的92%。此外,木质素基多孔纳米碳纤维由于开孔效果比表面积增加,微孔和介孔的增加促进了电解液离子的转移和吸附,增强了材料的电化学性能。制备的木质素基多孔纳米碳纤维表现出来的性能使它们具有作为能源存储的可能性。     

蔗渣基多孔碳的制备及结构和孔径分布研究

以具有自然分级的甘蔗渣为原料通过炭化和KOH活化制备了高比表面积和丰富微孔结构的多孔碳。对多孔碳制备工艺以碳得率和比表面积为综合考查指标,对活化剂量和活化温度进行优化,并研究蔗渣基多孔碳的孔径分布和表面有机化学组成。结果表明,蔗渣基多孔碳的最佳制备工艺为活化温度700℃,KOH︰炭化蔗渣(CB)剂量比例为4︰1,制备的蔗渣基多孔碳比表面积高达2220.2m2/g,有丰富的微孔结构,且含有部分羧基,是一种非常有前景的重金属离子吸附材料。     

聚丙烯腈基Si/C/碳纳米管复合碳纳米纤维膜的制备及其储能性能

针对Si材料储能过程中体积膨胀的问题,首先采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈(PAN)/Si /Fe复合纳米纤维(NFs)膜,然后经化学气相沉积法在复合NFs膜上生长碳纳米管(CNTs),最后经800 ℃炭化得到PAN基Si/C/CNTs复合碳纳米纤维(CNFs)膜。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、热重分析仪等表征复合CNFs膜的结构与性能,并将其用于锂离子电池负极进行电化学性能测试。结果表明:用添加质量分数为15% 的FeSO₄(占PAN)催化剂的纺丝液制备的复合CNFs膜具有独特毛毛虫结构,其可有效提升电池的电化学性能,具有2 067.9 mA·h/g的初始放电比容量,循环400圈后仍具有851.2 mA·h/g 的放电比容量,每圈的容量衰减率仅为 0.15%。     

Si/TiO2复合碳纳米纤维的制备及其性能

为改善硅/碳纳米纤维的形貌结构并提升其储能性能,将球磨均匀的Si/TiO₂粉末和聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝制得Si/TiO₂/PAN纳米纤维膜,然后分别在氩气和氢气氛围中炭化得到Si/TiO₂复合碳纳米纤维;优化了Si与TiO₂的最佳配比与最适炭化温度,分析了纤维形貌、分子结构、元素分布对复合碳纳米纤维储能性能的影响。结果表明:在Si和TiO₂质量比为1∶2以及900 ℃炭化条件下,Si/TiO₂复合碳纳米纤维具有良好的导电性,其纤维结构与形成的TiO₂无序框架可有效缓解Si的体积膨胀和团聚,并显著提高锂离子电池的容量与循环稳定性;在0.2 mA/g电流密度下进行120次循环后,在氩气和氢气条件下炭化制备的复合碳纳米纤维的放电比容量分别为942和1 212 mA·h/g,在氢气条件下炭化制备的复合碳纳米纤维拥有更加优异的倍率性能。     

静电纺聚丙烯腈/线性酚醛树脂碳纳米纤维电极的制备及其性能

为研究炭化温度对碳纳米纤维电极性能的影响,采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈/线性酚醛树脂(PAN/PF)纳米纤维,然后经不同温度炭化处理得到不同结构与性能的碳纳米纤维,并制备成电极材料.对碳纳米纤维的表面形貌、比表面积、孔结构、石墨化程度和元素含量,以及碳纳米纤维电极的电化学性能进行测试与表征.结果表明:PAN/PF碳纳米...     

锡/碳纳米纤维锂电负极材料形貌结构再造及其机制

为改善锡/碳(Sn/C)纳米纤维形貌结构并使其获得优异的锂电性能,采用醋酸锡为前驱体,聚丙烯腈为碳源,通过静电纺丝技术制备了Sn/C前驱体纳米纤维,并通过不同顺序的炭化工艺和深冷处理工艺对Sn/C前驱体纳米纤维进行形貌再造,制备了具有多孔结构与皮芯结构的Sn/C纳米纤维,最后通过形貌表征、比表面积以及晶型结构测试了纳米纤维的结构和性能。结果表明:Sn/C纳米纤维的多孔和特殊形貌的碳包覆结构,有效防止了Sn颗粒的团聚,缓解了充放电时电极材料的体积膨胀,同时减少了容量损失,增强了电极材料的导电性和结构稳定性;经过先深冷处理再炭化处理,具有多孔结构的Sn/C纳米纤维表现出最稳定的电化学性能,循环100圈后的质量比容量保持率高达93.9%。     

多孔SnO2纳米纤维的制备与表征

以聚乙烯吡咯烷酮作为高分子中间体,五水四氯化锡作为锡源,二氧化硅纳米颗粒作为掺杂,通过静电纺丝技术制备了二氧化锡及掺杂纳米纤维。利用二氧化锡、二氧化硅不同的化学性质,使用氢氟酸蚀刻的方法制备了多孔二氧化锡纳米纤维。采用扫描电子显微镜及投射电子显微镜观察了氢氟酸蚀刻前后纤维形貌的变化;利用X射线衍射仪以及能量色散X射线能谱仪分析了二氧化锡及掺杂纤维的晶型结构,特别是验证了纤维比表面积的变化。实验结果表明：随着掺杂二氧化硅颗粒含量的增加,二氧化锡纤维直径变粗,表面粗糙度增加;经过氢氟酸蚀刻后的二氧化锡纳米纤维出现了一定程度的溶胀现象,二氧化硅颗粒成功被蚀刻,纤维比表面积提高。     

聚丙烯腈基活性中空碳纳米纤维制备及其性能

为制备具有较高孔隙率的聚丙烯腈(PAN)活性中空碳纳米纤维(AHCNF),以自行制备的PAN为原料,经同轴静电纺丝、预氧化、炭化、活化后制备得到AHCNF,借助X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、比表面积测试仪研究了致孔剂对其形态与孔结构的影响。结果表明:制备的PAN共聚物环化温度较低,环化放热较缓和,有利于预氧化的进行;炭化过程将PAN表面的碳氧单键转化为碳氧双键,而活化过程将碳氧双键进一步转化为酯基;添加致孔剂和未添加致孔剂得到的PAN活性中空碳纳米纤维横截面呈明显的中空结构,纤维壁较为致密;添加致孔剂后,活性中空碳纳米纤维的总比表面积从55.719 m²/g增加到532.639 m²/g,孔容从0.070 cm³/g增加到0.312 cm³/g,介孔平均孔径从3.408 nm增加到4.309 nm,收率从27.14%降低到9.44%。     

静电纺丝技术的最新进展

静电纺丝技术主要用于纳米纤维的生产。早在1934年,Formhals就在其专利中报道了该项技术。最近几年,研究者们将静电纺丝技术应用于如生物多聚体、工程塑料、导电聚合物、嵌段聚合物、陶瓷和复合原料的纳米纤维生产,得到可控直径的纳米纤维。通过改变纳米纤维之间的排列与堆积方式,可以得到各种复合材料。排列整齐的纳米纤维可用于复合材料、结构增强体、电化学传感材料、骨架和组织工程材料的制造。静电纺纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高等特点,适合做化学吸附材料和军用、民用的过滤材料。     

Catalytic decomposition of toxic chemicals over metal-promoted carbon nanotubes

Effective decomposition of toxic gaseous compounds is important for pollution control at many chemical manufacturing plants. This study explores catalytic decomposition of phosphine (PH(3)) using novel metal-promoted carbon nanotubes (CNTs). The cerium-promoted Co/CNTs catalysts (CoCe/CNTs) are synthesized by means of coimpregnation method and reduced by three different methods (H(2), KBH(4), NaH(2)PO(2)·H(2)O/KBH(4)). The morphology, structure, and composition of the catalysts are characterized using a number of analytical instrumentations including high-resolution transmission electron microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, BET surface area measurement, and inductively coupled plasma. The activity of the catalysts in PH(3) decomposition reaction is measured and correlated with their surface and structural properties. The characterization results show that the CoCe/CNTs catalyst reduced by H(2) possesses small particles and is shown thermally stable in PH(3) decomposition reaction. The activities of these catalysts are compared and are shown in the following sequence: CoCe/CNTs > Co/CNTs > CoCeBP/CNTs> CoCeB/CNTs. The difference in reduction method results in the formation of different active phases during the PH(3) decomposition reaction. After a catalytic activity test, only the CoP phase is formed on CoCe/CNTs and Co/CNTs catalysts, whereas multiphases CoP, Co(2)P, and Co phases are formed on CoCeBP/CNTs and CoCeB/CNTs. Results show that the CoP phase is formed predominantly on the CoCe/CNTs and Co/CNTs catalysts and is found to likely be the most active phase for this reaction. Furthermore, the CoCe/CNTs catalyst exhibits not only highest activity but also long-term stability in PH(3) decomposition reaction. When operated in a fixed-bed reactor at 360 °C, single-pass PH(3) conversion of about 99.8% can be achieved.     

多孔硅/槲皮素复合材料的制备及抗氧化性能

该研究以正硅酸乙酯为硅源,用改良的Stöber法制备了多孔二氧化硅微球,并用3-氨丙基乙氧基硅对其进行氨基功能化,成功将其与槲皮素复合,制备了多孔硅/槲皮素复合纳米材料。研究表明,多孔二氧化硅微球的比表面积、比孔容和平均孔径分别为1530.63 m2/g、0.92 cm3/g和2.40 nm。对比实验证明每毫克氨基功能化的二氧化硅微球能够负载0.09 mg槲皮素,是功能化之前的2.25倍。原因有两个,一是因为氨基是亲水性基团,氨基化的二氧化硅微球具有更好的水分散性;另一方面,氨基可与槲皮素分子中的羟基形成氢键,使得氨基化的二氧化硅微球更容易与槲皮素复合。用DPPH法表征了该复合纳米材料的自由基清除率。结果表明,在相同条件下,多孔硅/槲皮素复合纳米材料和纯槲皮素的自由基清除率分别为48.44%和32.81%,这说明与多孔二氧化硅微球复合可以提高槲皮素的抗氧化活性,可能与多孔二氧化硅微球对槲皮素的保护作用有关。     

磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维柔性正极的制备及其性能

为更好满足柔性锂离子电池对电极材料柔性化的需求,通过静电纺丝以及热处理的方法制备了兼具柔韧性和自支撑性能的磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维(LiFePO₄/CB/CNFs)柔性正极材料,并对其结构和性能进行表征与分析。结果表明:合成的LiFePO₄活性物质为橄榄石结构,自支撑LiFePO₄/CB/CNFs柔性正极为具有较高孔隙的三维网络结构,CB和LiFePO₄活性物质均可较均匀地嵌在CNFs基体中,CB在LiFePO₄活性物质生成过程中对其纯度和晶体结构的形成未产生影响;当CB质量分数为0.10%和0.15%时,柔性正极均具有较好的电化学可逆性,首圈放电比容量分别为141.1和139.1 mA·h/g,首圈库伦效率分别为87.3%和87.6%,且循环100圈后仍保持性能稳定,第2圈后的库伦效率维持在99%左右。