胡萝卜基分级多孔炭材料的制备及电化学性能研究

以胡萝卜为炭源,采用KOH对胡萝卜炭进行活化,制备出具有高比电容的分级多孔炭材料。利用SEM、X射线衍射分析、低温氮气吸脱附等手段对制备的材料进行形貌及结构分析,结果表明,不同碱炭比会造成炭材料不同程度的结构变化,在碱炭比为2∶1时,所制备的炭材料孔隙结构分布最佳,比表面积高达3 111.45 m²/g,总孔容为1.51 m³/g。循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)等电化学测试表明,在最佳活化条件下制备的胡萝卜基多孔炭材料制成的电极在6 mol/L KOH电解液、0.5 A/g电流密度条件下比电容为486 F/g,表明材料具有良好的电容性能;当电流密度提升20倍时,电容量保留为原来的86%,表明材料具有良好的倍率性能;10 A/g电流密度下经8 000次循环后,电容保持率为97.3%,表明材料具有良好的稳定性。胡萝卜基多孔炭材料制成的电极片所组装的水系超级电容器器件能量密度可达14.67 Wh/kg,功率密度为1 000 W/kg。     

有序介孔炭材料表面电活性氧基团的构造及其超级电容器性能

以酚醛树脂为前体,表面活性剂F127为软模板,通过蒸发诱导自组装法制备了有序介孔聚合物,将其水热负载氢氧化镁并在高温下进行碳化得到具有有序介孔结构和丰富活性氧基团的有序介孔炭材料。系统研究了水热浸渍温度对所得材料表面积、孔体积及超级电容器性能的影响。结果表明:随着温度的升高,氢氧化镁负载量升高,但其表面积下降,最佳的水热浸渍温度为150℃,在该温度下水热浸渍的氢氧化镁的负载质量为3.3%,所得材料的表面积为326m~2/g,其作为电极用于超级电容器的容量为212F/g。     

模板法制备有序介孔炭及其超电性能研究

以F127为模板剂,通过模板法制备了有序介孔炭材料(OMC)。对样品进行了X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),研究其结构和形貌。结果表明,OMC孔道有序规则,壁宽为10nm。电化学测试表明此电极材料具有良好的电化学性能,可逆性能好。在电流密度为700mA/g的条件下,经500次循环测试,有序介孔炭的容量保持率为90.5%。     

双模板结构导向剂制备有序介孔炭

以间苯二酚/甲醛制备的酚醛树脂为碳前躯体,三嵌段共聚物F127和P123作为主辅结构导向剂,采用有机-有机自组装的方法制备有序介孔炭(Ordered mesoporous carbons,简称OMCs)。采用X射线衍射仪、透射电镜和N2吸/脱附手段对所制OMCs进行表征,研究了反应时间以及主辅模板剂的比例对介孔孔道结构的影响。结果表明,随着反应时间从24h延长至72 h,介孔炭有序性先增后减;当主辅模板剂F127/P123摩尔比为0.002 7∶0.002 7时,所得介孔炭有序性较好,为P6mm型孔道结构,介孔孔容和比表面积分别为0.59 cm3/g和640.34 m2/g,平均孔径为3.68 nm.     

双电层电容器用中孔活性炭电极的电化学性能

选用中孔活性炭作为双电层电容器的电极材料，实验发现，中孔活性炭电化学性能优异，比表面积利用率高达93．5％，用水蒸气活化可以增加活性炭的比表面积，随着活化时间的延长，活性炭收率降低，活化2h收率仅为26．5％,同时比表面积从原来的760m^2/g增加到1480m^2/g，且主要在2nm附近孔结构分布强度增强，比电容随活化时间的延长而增加，但增速低于比表面积的增加幅度。     

双模板法制备分级孔ZnO及其电致发光性能

以P123为介孔模板、以Zn(Ac)2·2H2O和LiOH·H2O为原料制备ZnO前驱体溶胶,对聚苯乙烯(PS)微球模板进行填充,55℃干燥后形成凝胶。经过600℃高温煅烧除去有机模板剂P123和PS,从而得到了具有介孔/大孔分级结构的ZnO材料。采用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪对分级孔结构ZnO材料进行了表征,并研究了其电致发光性能。结果表明,相同条件下介孔/大孔分级结构ZnO材料的发光强度是介孔ZnO材料的3.3倍。     

介孔炭材料应用于电化学催化的研究进展

由于介孔炭材料具有高比表面、均一可调的孔径尺寸和形貌、良好的导电性和化学稳定性等优点,已被广泛应用到催化、吸附、分离和电化学储能等领域.近年来,多组分的掺杂与复合使介孔炭材料拥有可调变的功能性,已成为材料领域研究的一个热点.本文首先介绍介孔炭材料的合成,包括软模板法、硬模板法和无模板法等.接着论述介孔炭及其复合材料在电...     

孔结构对煤基活性炭电极材料电化学性能的影响(英文)

以太西无烟煤为前驱体,NaOH为活化剂制备电化学电容器电极材料。采用N2吸附法及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征。在1mol/L(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯有机电解液体系中,研究了孔结构对活性炭电极材料的电化学性能的影响。结果表明:以NaOH为活化剂可制备出比表面积943mol/L～2479mol/L、比电容57F/g～167F/g的活性炭电极材料。活性炭电极材料的比电容不仅取决比表面积,而且与活性炭的孔径分布有关。孔径为2nm～3nm的中孔的存在可以有效降低电解液的扩散阻力,提高电极材料比表面积的利用率,从而使电容器的电化学性能得到增强。     

微-介孔分级结构MIL-101(Cr)的制备及其性能

为简化合成工艺、降低样品损耗,以丙酸作为添加剂,通过改变丙酸与九水硝酸铬浓度比,合成含有微-介孔分级结构的MIL-101(Cr)。利用X射线衍射仪、全自动比表面及孔隙度分析仪及扫描电子显微镜等表征手段对不同浓度比的MIL-101(Cr)的粒径、BET比表面积、孔体积、N_2吸附性能和微观结构进行研究。结果表明:选择适量的丙酸可以合成含有微-介孔分级结构的MIL-101(Cr),其具有更强的吸附性能。在该反应体系中,丙酸的浓度可以改变MIL-101(Cr)的结构,且合成方式简易方便,为拓展MIL-101(Cr)的应用提供可行的方案。     

废茶叶基活性炭的制备及其电化学性能研究

以废茶叶的炭化料为前驱体,KOH为活化剂(碱炭比1∶1、2∶1、3∶1),在800℃下活化1h制备双电层电容器用活性炭电极材料。利用扫描电镜、低温N2吸附对活性炭的形貌、孔结构进行表征,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等测试方法评价其在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,3种活性炭比表面积、总孔容和中孔率最高分别达1 900m2/g、0.919 4cm3/g和35.7%;3种活性炭电极材料在0.055 6 A/g电流密度下的比电容分别为202F/g、255F/g、194F/g,电流密度增加到2.780A/g时,电容保持率分别为84.2%、67.1%、86.6%;等效串联电阻仅为0.10~0.12Ω;在碱碳比为2∶1时制备的活性炭电极材料在2.363A/g下比电容为148F/g,经1 000次循环充放电后,其质量比电容为147.7F/g,电容保持率高达99.3%。     

模板法制备多孔碳材料的研究

多孔碳材料在催化、吸附、能源领域具有广泛的应用价值,它具有比表面积大、导电和导热性高、化学稳定好、价格便宜等特点,受到了人们的广泛关注.综述了氧化硅模板法制备多孔碳材料的研究进展,并简要地阐述了各种氧化硅为模板制备多孔碳材料的制备过程和优缺点.最后总结和展望了目前的研究现状和今后的发展.     

染料敏化太阳电池多级孔炭对电极的制备及性能研究

以F127为模板剂, 采用自组装与后活化相结合制备了具有微孔-介孔结构的多级孔炭. N2吸附等温线分析表明后活化可在介孔炭孔壁上生成大量微孔. 电化学阻抗谱测量表明多级孔炭电极对I₃^-还原反应的催化活性明显高于介孔炭电极, 电荷迁跃电阻为0.3 Ω·cm². 多级孔炭电极催化活性高是由于它具有较高的比表面和特殊的多级孔结构, 有效比表面积较高. 以多级孔炭电极为对电极组装染料敏化太阳电池, 电池的短路电流密度、开路电压和填充因子分别为0.624V、15.44 mA/cm²和0.67, 相应的光电转换效率为6.48%, 比介孔炭对电极电池的光电转换效率提高了11.5%.     

Hierarchical Interconnected Expanded Graphitic Ribbons Embedded with Amorphous Carbon: An Advanced Carbon Nanostructure for Superior Lithium and Sodium Storage

Carbon materials have attracted considerable attention as anodes for lithium‐ion and sodium‐ion batteries due to their low cost and environmental friendliness. This work reports an advanced carbon nanostructure that takes advantage of the chelation effect of glucose and metal ions, which ensures the uniform dispersion of metal in the precursor. Thus, an effective catalytic conversion from sp³ to sp² carbon occurs, enabling simultaneously formation of pores with catalyzed graphitic structures. Due to the low carbonization temperature and short carbonization time as well as the different catalytic degree of various metals, a series of expanded graphitic layers from 0.34 to 0.44 nm with defects and amorphous carbon structure are obtained. The structure not only offers accessible graphitic spacings for reversible lithium/sodium ion insertion, but also provides abundant active sites for lithium/sodium ion adsorption in the defects and amorphous structure. Moreover, the hierarchical interconnected porous structure combining graphitic ribbons is beneficial for fast electronic/ionic transport and favorable electrolyte permeation. More importantly, such advanced carbon materials prove their feasibility for balancing the pore structure and degree of graphitization. When serving as the electrode material for lithium‐ion and sodium‐ion batteries, excellent electrochemical performance along with fast kinetics and long cycle life is achieved.     

多级孔材料研究进展

多孔材料具有孔隙率高、比表面积大、导热系数低、体积密度小及化学性质稳定等优点,在吸附与分离、催化剂载体、隔热材料、能量储存、传感器等领域拥有广阔的应用前景。基于孔直径的大小可将多孔材料分为三类:孔径大于50nm的大孔材料(Macroporous materials),孔径介于2～50nm的介孔材料(Mesoporous materials)和孔径小于2nm的微孔材料(Microporous materials)。但是,由于孔径的限制,这三类材料的应用均存在一定的局限性。多级孔材料兼具通透性好、孔隙结构发达、体积密度小、比表面积和孔体积大等优点,打破了传统单级孔材料孔结构单一的局限,因此越来越受到研究人员的关注。然而,多级孔材料在制备中仍存在较多问题。例如,其合成过程通常会涉及到两种及两种以上的方法,制备工艺复杂;现有的多级孔材料的制备成本高,孔结构难以控制。因此,研究者们主要从优化多级孔材料的制备工艺以及降低生产成本等方面入手,制备出孔径均一且可控的多级孔材料。多级孔材料主要有大孔-介孔材料(Macro-mesoporous materials)、微孔-介孔材料(Micro-mesoporous materials)以及含有两种或多种不同孔径的介孔-介孔材料(Meso-mesoporous materials)。大孔-介孔材料常见的制备方法有模板法、发泡法、溶胶-凝胶法及熔盐法等;微孔-介孔材料的主要制备方法有化学活化法、模板法和水热法等;介孔-介孔材料的制备方法主要有水热法、模板法、溶胶-凝胶法及自组装法等。本文综述了近年来多级孔材料的最新研究进展,分别对大孔-介孔、微孔-介孔及介孔-介孔材料的制备方法进行了介绍,并简要分析了未来本领域研究的发展趋势。     

Space‐Confined Polymerization: Controlled Fabrication of Nitrogen‐Doped Polymer and Carbon Microspheres with Refined Hierarchical Architectures

The construction of refined architectures plays a crucial role in performance improvement and application expansion of advanced materials. The synthesis of carbon microspheres with a refined hierarchical structure is still a problem in synthetic methodology, because it is difficult to achieve the necessary delicate control of the interior structure and outer shell across the microscale to nanoscale. Nitrogen‐doped multichamber carbon (MCC) microspheres with a refined hierarchical structure are realized here via a surfactant‐directed space‐confined polymerization strategy. The MCC precursor is not the traditional phenolic resol but a new kind of 2,6‐diaminopyridine‐based multichamber polymer (MCP) with a high nitrogen content up to 20 wt%. The morphology and sizes of MCP microspheres can be easily controlled by a dual‐surfactant system. The as‐synthesized MCC with a highly microporous shell, a multichamber inner core, and beneficial N‐doping can serve as a promising supercapacitor material.     

多级孔Co/Al-SiO2催化剂制备及其费-托合成催化性能

多级孔硅铝材料因优异的性能而成为金属催化剂的重要载体。研究采用水热法以硝酸铝为铝源、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源合成了Al掺杂SiO₂(Al-SiO₂)的多级孔材料, 然后采用等体积浸渍法负载钴, 制备了具有多级孔结构的 Co/Al-SiO₂催化剂。对Al-SiO₂材料的表征结果表明: 以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为结构导向剂, 经80 ℃水热处理可以合成多级孔Al-SiO₂, 呈尺寸在30~40 nm范围的 “蠕虫状”大孔分布形态。将催化剂用于费-托合成反应, 与商业SiO₂负载的钴催化剂相比, Co/Al-SiO₂的CO转化率提高近一倍, CH₄选择性降低19.3wt%, C₂-C₄选择性降低13.3wt%, 汽油段产物(C₅-C₁₂)选择性达到53.3wt%。     

吲哚基掺氮分级多孔炭的制备及其对酸性橙74的吸附性能

以吲哚为碳源、氧化钙为模板耦合KOH活化并调节活化终温,制备出表面掺氮的层状分级多孔炭(HPC_T),研究了其对酸性橙74的吸附性能。结果表明：随着活化温度的提高这种多孔炭的比表面积增大,活化终温为900℃时制得的HPC₉₀₀比表面积高达1629 m²/g。这种炭材料具有相互连接的层状结构,且随着活化温度的提高炭壁层变薄。这种炭材料的表面有丰富的含氮官能团C-NH₂,随着活化温度的提高C-NH₂的含量随之提高。C-NH₂官能团与酸性橙74发生π-π堆积效应或静电相互作用,有利于提高其吸附性能。Freundlich模型能很好地描述HPC_T对染料的吸附过程,在50 mg/L的平衡浓度下HPC₉₀₀对废水中酸性橙74的吸附量超过270 mg/g;拟一级动力学方程能更好的描述HPC_T对酸性橙74的吸附过程,物理吸附为控速步骤。     

Sustainable and Scalable Synthesis of 2D Ultrathin Hierarchical Porous Carbon Nanosheets for High-Performance Supercapacitor

2D carbon nanomaterials such as graphene, carbon nanosheets, and their derivatives, representing the emerging class of advanced multifunctional materials, have gained great research interest because of their extensive applications ranging from electrochemistry to catalysis. However, sustainable and scalable synthesis of 2D carbon nanosheets (CNs) with hierarchical architecture and irregular structure via a green and low-cost strategy remains a great challenge. Herein, prehydrolysis liquor (PHL), an industrial byproduct of the pulping industry, is first employed to synthesize CNs via a simple hydrothermal carbonization technique. After mild activation with NH₄Cl and FeCl₃, the as-prepared activated CNs (A-CN@NFe) display an ultrathin structure (≈3 nm) and a desirable specific surface area (1021 m² g⁻¹) with hierarchical porous structure, which enables it to be both electroactive materials and structural support materials in nanofibrillated cellulose/A-CN@NFe/polypyrrole (NCP) nanocomposite, and thus endowing nanocomposite with impressive capacitance properties of 2546.3 mF cm⁻² at 1 mA cm⁻². Furthermore, the resultant all-solid-state symmetric supercapacitor delivers a satisfactory energy storage ability of 90.1 µWh cm⁻² at 250.0 µW cm⁻². Thus, this work not only opens a new window for sustainable and scalable synthesis of CNs, but also offers a double profits strategy for energy storage and biorefinery industry.     

Robust Negative Electrode Materials Derived from Carbon Dots and Porous Hydrogels for High‐Performance Hybrid Supercapacitors

Hybrid supercapacitors generally show high power and long life spans but inferior energy densities, which are mainly caused by carbon negative electrodes with low specific capacitances. To improve the energy densities, the traditional methods include optimizing pore structures and modifying pseudocapacitive groups on the carbon materials. Here, another promising way is suggested, which has no adverse effects to the carbon materials, that is, constructing electron‐rich regions on the electrode surfaces for absorbing cations as much as possible. For this aim, a series of hierarchical porous carbon materials are produced by calcinating carbon dots–hydrogel composites, which have controllable surface states including electron‐rich regions. The optimal sample is employed as the negative electrode to fabricate hybrid supercapacitors, which show remarkable specific energy densities (up to 62.8–90.1 Wh kg^?1) in different systems.     

以中空多孔碳纤维为主体的轻质吸波材料吸波性能研究

根据阻抗匹配原理和电磁波传播规律,以中空多孔聚丙烯腈(PAN)碳纤维为主要吸收剂,分别添加以炭黑、碳纤维和羰基铁粉为吸收剂的匹配层,制备了双层轻质雷达吸波材料,并考察了其吸波性能.结果表明,双层结构设计和不同吸收剂的复合对提高材料的吸波性能起着重要的作用.以羰基铁粉作吸收剂的匹配层比以炭黑和碳纤维作吸收剂的匹配层对提高以中空多孔碳纤维吸波材料的吸波性能更为显著.所制备的材料在厚度为2.90mm,密度为1.28g/cm³时,在4~18GHz频率范围内反射率≤-8dB的带宽为11.42GHz,反射率≤-10dB的带宽为10.90GHz.