微-纳米孔碳质材料的制备及微观结构

以膨胀石墨(expanded graphite,EG)为基体、蔗糖为炭源、磷酸为活化剂,采用一步浸渍活化工艺制得了微-纳米孔碳质材料(micro/nano-porous carbon,MNC)。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电镜、氮气吸附及孔径分析仪和压汞法对材料的结构进行了表征。结果表明:MNC由EG和活性炭组成,活性炭以炭膜的形式均匀涂覆在EG的内外孔孔壁上,厚度约为100nm;其孔隙结构不仅包括来自EG的微米级大孔,还有来自活性炭的纳米级微孔。随着浸渍比、活化温度和活化时间的增加,MNC先形成微孔,此后逐渐扩孔从而导致中孔大量出现,MNC的比表面积和总孔容在浸渍比为0.9、活化温度为350℃和活化时间为2h时分别达到最大(1978m2/g和0.99cm3/g)。     

高性能碳基储能材料的设计、合成与应用

电化学储能器件的性能很大程度上决定于其电极材料。碳材料具有来源广泛、化学稳定性好、易于调控、环境友好等优点,被广泛应用于各类能量存储系统,但仍存在能量密度低、倍率性能差等问题。本文从碳材料孔结构调控、杂原子掺杂、与金属氧化物复合三个角度,综述了构建高性能碳基储能材料的设计合成策略,介绍了其在锂/钠离子二次电池、超级电容器等领域的研究进展,对几种方法策略的优缺点进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。本文对高性能碳基储能电极材料的设计开发具有积极意义。     

介孔碳材料的合成及其电催化产氢性能研究进展

综述了介孔碳材料的研究现状以及主要功能,并介绍了介孔碳材料的两种主要合成方法。根据化学气相沉积的方法,制备了新型的SBA-15介孔碳材料。同时对SBA-15的催化性能方面进行了概述,最后讨论了介孔碳材料的未来发展和研究方向。     

介孔碳的研究进展及应用

介孔碳是一类新型的具有巨大比表面积和孔体积的介孔材料,可以通过不同的方法合成并对其孔结构和形貌进行调节。本文主要综述了介孔碳及介孔碳基复合材料的合成方法,对比阐述了不同方法制备的介孔碳材料所具备的孔道结构和形貌。介绍了将不同非金属和金属元素及其氧化物掺杂在介孔碳中合成复合材料,发现制备的复合材料具有更优的性能且掺杂元素不同复合材料的形貌和孔道结构不同。此外,简要说明了介孔碳及碳基复合材料在环境、催化、储能、电化学和生物医学等方面的应用,指出其在各个领域的应用仍存在不足。调整介孔碳的孔结构和表面性能、采用更简便易控制的合成方法将成为制备介孔碳及碳基材料的主要研究方向。     

硼掺杂介孔碳材料的研究进展

概述了硼掺杂介孔碳材料的制备方法以及应用进展,并对其发展前景进行了展望。介孔尺寸的纳米碳材料具有高的比表面、孔径分布统一、制备过程可控和结构稳定等众多优点。近年来纳米碳的掺杂技术得到了迅速发展,通过对其进行掺杂改性可以实现其各功能的优化,拓宽其在各个研究领域的应用。大量实验研究表明,开发硼修饰改性的介孔碳材料具有十分远大的前景。     

木质素基碳材料催化剂的制备及应用研究进展

木质素具有三维网状苯环结构、来源丰富、含碳量高、官能团丰富可控等特点,是一种理想的碳材料前体。通过化学改性和微结构调控制备具有特殊功能的木质素基碳材料,其在能源催化转化、电化学储能和环境修复等领域应用广泛。本文介绍了木质素基碳材料催化剂的国内外最新研究进展,总结了木质素基碳材料催化剂的制备方法,重点综述了木质素基碳材料催化剂在氧化反应、氢解反应、酯化反应、水解反应、脱水反应、费托合成等热催化反应、电解水析氢和锌空气电池氧还原等电催化反应、有机污染物降解等光催化反应的研究进展,但如何构筑高效、稳定、廉价、可规模生产的木质素基碳材料催化剂仍然是一个具有挑战性的课题。文章总结：今后研究中应加强对木质素的基础化学结构和微结构调控、活性组分与木质素碳材料载体间的相互作用、木质素基碳材料催化剂在催化反应中的作用机理等的研究,更好地发挥其低成本、三维结构易成型和微结构可调控等优势,拓展木质素生物质资源的高值化利用领域。     

纳米碳材在传统耐火材料中的引入改性及应用

为了充分利用纳米碳材料的力学性、热稳定性等优异特性,根据耐火材料的概念和类型,将纳米碳材料科学的应用到多碳耐火材料、低碳耐火材料、碳化硅耐火材料等不同类型耐火材料中。介绍了耐火材料引入纳米碳材料的2种方法：直接添加法和原位生成法,并对比了2种引入方法的优点和缺点。研究结果表明：通过将碳纳米管、石墨烯纳米碳材料科学的应用到耐火材料中,可以最大限度提高抗热震性和抗侵蚀性等性能;纳米碳材料具有较高的应用价值和应用前景。还预测了纳米碳材料在耐火材料中的发展趋势。     

微生物燃料电池中碳材料改性阳极和碳基复合材料阳极的最新研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物的代谢作用将化学能转化为电能的新技术,近年来受到广泛关注。文章综述了MFC阳极碳材料改性和优化的最新研究成果,介绍了碳材料改性阳极和碳基复合材料阳极的种类、理化特性、产电性能及其在MFC中的应用。     

木质素基介孔碳材料的制备及应用进展

木质素是自然界中唯一可提供再生性芳香基化合物的非石油类资源,酚羟基的可替代性、低成本及其高含碳量使其成为合成可持续介孔碳的优选前体。本文分别介绍了采用硬模板法、软模板法、双模板法、活化法、水热法以及溶胶-凝胶法制备木质素基介孔碳材料的最新研究进展。分析对比了采用不同方法制备的介孔碳材料所具有的孔道结构和形貌特点,并详细说明了其在吸附、催化、药物缓释和超级电容器等主要方面的应用。最后根据木质素基介孔碳材料在制备及应用过程中所面临的困境,提出发展一种简单、绿色、低成本的合成方法用以制备新型介孔结构的高性能复合型木质素基介孔碳材料将成为今后主要的研究方向。     

介孔碳材料改性研究进展及在生物油加氢反应中的应用综述

综述了介孔碳材料制备的研究进展,对介孔碳改性方面的研究工作进行了着重的推介。并介绍了在介孔碳研究中,不同的改性方法对介孔碳性能的影响,特别介绍了现阶段以介孔碳为载体的制氢/加氢反应性能的研究。最后对介孔碳在生物油加氢改质的潜在应用和发展方向进行了展望。     

多孔炭材料设计合成及电化学储能应用

多孔炭材料具有导电性好、结构稳定、资源丰富、价格低廉的天然优势,既可直接作为电极材料,构建炭基电化学储能器件,又可与非炭电活性材料复合,起到传输电子、缓冲体积膨胀及调节界面反应的作用,在电化学储能器件中一直发挥着不可或缺的作用。结合本文作者课题组的研究工作,本文总结了多孔炭制备及孔结构和形貌的调控方法,分析了各方法的优缺点;并以超级电容器、锂离子/钠离子电池和锂硫电池为代表,阐述了多孔炭材料在电化学储能领域的作用及应用研究现状,讨论了电化学储能器件对多孔炭材料的结构与性能要求,指出了多孔炭在电化学储能应用中存在的局限性,并对多孔炭在这些储能领域的研究和发展趋势做出展望。     

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。     

Hierarchically porous zeolites synthesized with carbon materials as templates

Hierarchically porous zeolites are promising candidates in catalytic conversion of relatively bulky molecules, and their syntheses have attracted significant attention. From both industrial and scientific perspectives, different carbon materials have been widely employed as hard templates for the preparation of hierarchically porous zeolites during the past two decades. In this review, the progress in synthetic strategies using carbon materials as templates is comprehensively summarized. Depending on the affinity between the carbon templates and zeolite precursors, the substantial strategies for synthesizing hierarchical zeolites are introduced in direct templates and indirect templates. Direct templates methods, by which the carbon materials are directly mixed with precursors gel as hard templates, are first reviewed. Then, we discuss the indirect templates method (crystallization of carbon-silica composites), by which the carbon is produced by in situ pyrolysis of organic-inorganic precursors. In addition, the technique of encapsulating metal species into zeolites crystals with the assistance of carbon templates is also discussed. In the conclusion part, the factors affecting the synthesis of carbon-templated hierarchically porous zeolites are remarked. This review is expected to attract interest in the synthesis strategies of hierarchically porous zeolites, especially cost-effective and large-scale production methodologies, which are essential to the industrial application of hierarchical zeolites.     

炭质吸附剂的孔结构修饰及表征

用1-丁烯炭沉积法修饰碳分子筛的孔结构。考察了炭沉积的位置、浓度、温度、沉积时间和活性组分对沉积效果的影响。结果表明,当1-丁烯浓度为31.8%,沉积温度为993 K,沉积时间为10 min,炭沉积量合适时,空气变压吸附(PSA)N2浓度可达85.6%;对浸Ni(Ni载持量5%)样,炭沉积主要发生在接近外表面的中孔和大孔中,不容易导致孔的堵塞,Ni的加入起到了提高炭沉积选择性的作用,(PSA)N2浓度可达91.0%。FT-IR、XRD、in-situTG/DTA测试表明,经炭沉积修饰后的碳分子筛具有微孔分布独特的骨架网络结构。     

石墨相氮化碳的可控制备及其在能源催化中的应用

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）具有独特的电子结构和化学特性,作为非金属催化剂,近年来尤其在清洁和可持续能源领域显示了光明的应用前景,引起了相关领域研究人员的广泛关注。综述了g-C₃N₄纳米材料的可控制备及其在氧还原、光催化分解水制氢、二氧化碳还原、光固氮等能源催化重要方面的国内外近期进展,并讨论了此领域中的关键问题和未来的发展趋势。     

高分子固-固相变储能材料的研究与应用

综述了各类高分子固-固相变储能材料的性能、储能机理及其优缺点,介绍了此类材料的各种应用, 并对其发展前景做了探讨和展望。高分子固-固相变储能材料具有储能密度大,相变温度恒定,体积变化小,相变过程无液体泄漏等诸多优点,已成为能源开发利用和材料科学研究的新热点。     

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...     

Friction properties of new porous carbon materials: Woodceramics

Woodceramics are new porous carbon materials obtained from wood or woody materials impregnated with phenol resin, and carbonized in a vacuum furnace at high temperature. Woodceramics have several superior characteristics from the viewpoints of engineering materials and ecological materials: they are hard and strong, have porous structure and low density, are made from natural resources, do not cause environmental pollution, and are cheap to manufacture. This paper describes the fundamental friction properties of Woodceramics in sliding contact with several materials. Woodceramics made of medium density fiberboard (MDF) and beech impregnated with phenol resin and carbonized in a vacuum furnace at 800°C and 2000°C were rubbed against alumina, silicon nitride, bearing steel and diamond by using a reciprocating friction apparatus. Experiments were carried out unlubricated in air, impregnated with base oil and in water, at several normal loads and sliding velocities. The following principal results were obtained: (1) The friction coefficient is around 0.15, under all three lubrication conditions; (2) The friction coefficient slightly decreases and then stays constant with increasing normal load; (3) The friction coefficient is not affected by sliding velocity; (4) Woodceramics have a good self-lubricity.     

Wear properties of new porous carbon materials: Woodceramics

The purpose of this investigation was to analyze the fundamental wear properties of new porous carbon materials Woodceramics. Wear tests were carried out by sliding an alumina ball (R=1.5, 4.0 mm) or hemispherical diamond pin (R=0.075 mm) against a Woodceramics plate (MDF-800), under three lubrication conditions: unlubricated in air, impregnated with base oil, and in water. The specific wear rate was calculated from the profile of the worn surfaces, and the relationship between the specific wear rate and the contact pressure parameter (W/R ²)^1/3 was obtained. Worn surfaces were observed with a scanning electron microscope (SEM) to clarify the microscopic wear mechanisms. The following principal results were obtained: (1) The specific wear rate of Woodceramics increases rapidly with increasing contact pressure parameter (W/R ²)^1/3, under all lubricated conditions; (2) When the contact pressure parameter (W/R ²)^1/3 is less than a certain critical value, the specific wear rate of Woodceramics is less than 10^–8 [mm²/N], which is low enough for practical use; (3) The wear mode of Woodceramics can be classified into the following three modes: large-scale brittle fracture-induced wear (flake formation), small-scale brittle fracture-induced wear (powder formation), and ultra mild wear (ploughing).