柚子皮基多孔炭的制备及其电容性能研究

利用水热浸渍法,以柚子皮为前驱体,在KOH活化作用下制备得到分级多孔炭电极(HPC)。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了材料的形貌和结构。采用循环伏安、恒定电流充放电和交流阻抗测试了材料的电化学性能。结果表明:材料呈现出由大孔、微孔和中孔组成的多孔结构,当前驱体和KOH质量比在1∶9时,获得的HPC材料(HPC-9)的电化学性能最好。电化学测试表明,在5mV/s下,HPC-9质量比电容高达306F/g,是未活化样品的23.5倍。在10000次循环下HPC-9容量无衰减。因此,这种利用生物质制备的分级多孔炭具有优异的电容性能,可望有良好的应用前景。     

熔盐法制备氮掺杂多孔炭及其催化脱硫性能（英文）

采用熔融盐合成技术,以生物质葡萄糖和富氮三聚氰胺为前驱体,成功制备得到具有发达孔隙结构(BET表面积:1355 m~2/g)和极高氮掺杂量(20.73wt%)的氮掺杂多孔炭材料。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,多孔炭材料中的氮原子主要以吡咯及吡啶构型存在,这两种形态的氮原子有利于硫化氢的吸附及催化氧化。在常温、常压下,所制备氮掺杂多孔炭对硫化氢非金属催化转化为单质硫的脱除硫容高达1.10 g/g。该合成方法简便易行,有望实现氮掺杂多孔炭材料的批量和廉价制备,合成的氮掺杂多孔炭在污染物控制领域应用潜能巨大。     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

大蒜皮基多孔炭材料的水热法制备及其CO_2吸附性能（英文）

以大蒜皮为碳源,先采用水热法制备炭前驱体,再经KOH活化法制备了高比表面积和高孔体积的多孔炭材料。采用氮气吸附仪、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)仪对所制多孔炭的孔结构和形貌特性进行表征。结果表明,活化温度对多孔炭材料的比表面积和孔体积影响较大,当活化温度为800℃和KOH/炭前驱体浓度比为2时,得到的多孔炭材料(AC-28)比表面积和孔体积分别高达1 262 m~2/g和0.70 cm~3/g;当活化温度为600℃和KOH/炭前驱体浓度比为2时,多孔炭材料(AC-26)比表面积和孔体积分别为947 m~2/g和0.51 cm~3/g。虽然AC-26样品的比表面积和孔体积均较低,但其微孔率高达98%,使得此材料CO_2吸附性能优异,在25℃和1 bar时的CO_2吸附量高达4.22 mmol/g。常压下影响多孔炭材料中CO_2吸附量的主要因素是微孔率,并不是由比表面积和孔体积决定。当具有合适的孔径结构和比表面积时,生物质基多孔炭材料中微孔率的增加会有效增加CO_2吸附量。     

酵母基多孔炭微球的热裂解制备及其吸附性能研究

以氯化锌为活化剂,采用热裂解酵母法制备了多孔炭微球。用FE-SEM、XRD、TG-DTA表征了炭微球的物化结构,测试了炭微球的极性和吸附性能。FE-SEM结果表明多孔炭微球为椭球状,长度为(2.3±0.50)μm,宽度为(3.5±0.45)μm,分散度好。XRD结果表明多孔炭微球为无定形炭。热重分析监控了酵母的转变过程。FT-IR分析表明多孔炭微球的形成与表面化学官能团有关,其形成机理为炭化过程。极性测试表明炭微球表面存在大量非极性基团,这有利于炭微球在非极性溶液中的吸附。在对碱性和酸性染料的吸附中,多孔炭微球对酸性染料表现出了较高的吸附能力。     

生物质莲杆废弃物制备高比表面积多孔炭及其CO_2吸附性能（英文）

采用水热炭化和KOH活化相结合的方法,以生物质莲杆废弃物为碳源,制备了高比表面积多孔炭材料,并探索其CO_2吸附性能。分别采用氮气物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和元素分析技术(XPS)对这种莲杆基多孔炭材料的孔道结构、形貌和表面化学等特性进行了研究。结果表明,KOH浓度对莲杆基多孔炭材料的孔结构具有较大影响,莲杆基多孔炭材料的比表面积和孔体积分别为2 893 m~2/g和1.59 cm~3/g,KOH活化处理能在增大多孔炭材料的比表面积和孔体积,同时会在其内部形成部分具有较大尺寸的微孔和较小尺寸的介孔结构。在常压条件下,CO_2的吸附测试表明莲杆基多孔炭材料在25℃和0℃时的吸附量分别高达3.85和6.17 mmol/g,这一吸附量在生物质基多孔炭材料中属于较高水平。然而,具有最高比表面积的莲杆基多孔炭材料(AC-4样品)并不具备最高的CO_2吸附量,这意味着常压条件下限制CO_2吸附量的决定性因素并不是比表面积,而主要由微孔率和孔径分布决定。这一研究结果为设计多孔吸附剂应用于CO_2捕集方面提供了重要意义,也为构建低成本且环境友好的具有高吸附量的CO_2吸附剂提供思路。     

氮掺杂稻壳基多孔炭的制备及其氧气还原反应的电催化性能（英文）

本文发展了一种氮掺杂稻壳基多孔炭(N-RHPC)的制备方法,即将RHPC在氨气氛围下进行高温处理,操作简单,有利于大规模制备。结果表明,N-RHPC的介孔体积、石墨化程度明显提高,XPS N 1s谱证实了N原子在RHPC结构上的有效掺杂。N-RHPC作为ORR电催化剂具有与商用Pt/C接近的电催化活性,并具有较好的稳定性以及耐甲醇毒性,这主要是由于氨气氛围下对RHPC的高温处理使N原子进入RHPC中而引入了大量的催化位点所致。N-RHPC制备方法简单,性价比高,作为电催化剂具有很好的应用前景。     

模板法制备超级电容器用多孔炭的研究进展（英文）

多孔炭材料具有优良的电导率、高的比表面积以及优异的电化学稳定性,被广泛用于能量存储和转换领域。模板法被认为是制备具有良好孔结构和孔径分布炭材料最成熟的方法之一。本文归纳总结了模板法,包括硬模板(镁基、硅基、锌基、钙基)、软模板(常规软模板、离子液体、低共熔溶剂)、自模板(生物质、金属有机框架)制备超级电容器用分级多孔炭的造孔机制和构效关系;指出了模板法在炭材料孔结构调控方面存在的问题,并对未来的发展方向进行了展望。     

菱角壳基多孔炭的制备及其电化学电容特性研究

以菱角壳为前驱体,采用KOH化学活化法制备超级电容器用多孔炭,研究了不同碱炭比对多孔炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、Raman、N_2吸脱附测试对多孔炭的微观结构进行表征,并利用循环伏安、恒流充放电、长循环、交流阻抗等方法考察其电容性能。结果表明,碱炭比为4时,多孔炭具有最高的比表面积(2 046.74 m~2/g)和最丰富的孔结构,以TEABF_4/PC为电解液组装成超级电容器,在0.1 A/g电流密度下,其比电容高达126.1 F/g,以0.5 A/g电流密度循环10 000次,其比电容仍保持92.6 F/g,展现出良好的电容性能。     

织构可控多孔炭纳米纤维的制备及其室温脱除低浓度氮氧化物（英文）

采用静电纺丝法制备聚丙烯腈纤维,经预氧化、炭化和活化,得到具有孔径发达和比表面积大的多孔炭纳米纤维。控制纺丝液的浓度和活化条件,可制得织构可控的多孔炭纳米纤维。将所制备的纤维用于室温低浓度NO(20 ppm)的脱除,脱除效果主要基于吸附和催化氧化作用。纤维的织构影响其脱除NO的性能,直径越小、微孔越丰富、比表面积越大,对NO的吸附与催化氧化效果越好。当NO进口浓度为20 ppm时,在900℃下活化的平均直径为175 nm的多孔炭纳米纤维脱除NO率可高达29.7%。     

基于煤萃取物的类石墨状多孔炭的制备及其电容性能研究

以褐煤萃取物为炭前驱体, MgO为阻隔剂, KOH为活化剂, 在800℃惰性气氛下制备出类石墨状多孔炭材料。对该多孔炭材料进行了红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉曼(Raman)表征。以活化前和活化后多孔炭为电极材料, 利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗对其进行了电化学电容性能评价和比较。结果表明: 活化后炭材料呈现多孔的薄膜状, 比表面积高达1396 m²/g, 而活化前炭材料比表面积仅为138.4 m²/g。当电流密度为1 A/g和4 A/g时, 活化后炭材料比电容分别为533 F/g和390 F/g; 而活化前炭材料对应的比电容为366 F/g和198 F/g。在电流密度为5 A/g下循环8000圈后, 活化前后炭材料的电容保持率分别为72.5%和89.6%。可见, 经过KOH活化后的炭材料比电容和电化学稳定性有了显著提高。该研究证明阻隔剂和活化剂的使用, 能够获得高度柔性的高电容性能的类石墨状多孔炭。     

聚苯胺-炭微球复合材料的制备及其电化学性能（英文）

通过电化学沉积法制备得到聚苯胺/炭微球(PANI/CMS)复合电极材料,通过场发射扫描电子显微镜和红外光谱对PANI/CMS复合材料进行形貌和结构表征。并采用循环伏安、恒电流充放电、电化学阻抗谱及循环寿命测试等技术考察其电化学行为。结果表明:PANI均匀包覆于CMSs表面;在电流密度为1 A·g~(-1)时,复合材料的比电容达到206 F·g~(-1);PANI/CM S复合材料表现出优异的电化学稳定性。说明PANI/CMS复合材料有望作为电极材料用于超级电容器。     

三聚氯氰衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

多孔聚合物因具有高比表面积、孔结构可调性、孔隙结构丰富、合成方法多样而引起了广泛关注,在储能领域,可将其炭化后应用在超级电容器的电极材料中。在这项工作中用溶剂热法制备出多孔聚合物(PSC),以PSC为前驱体,一步炭化法制备多孔炭PSC-T。结果表明：多孔炭PSC-T具有石墨化结构,含有大量介孔。其电化学性能优异,在电流密度为1.0A/g时,比电容为190.1F/g,经过5000次的循环充放电后,比电容保留率为90%。     

木质素酚醛树脂基泡沫炭的制备及其油水分离性能（英文）

采用绿色处理过程从草本植物中提取14 wt%木质素,以该木质素取代25%苯酚制备酚醛树脂,并以木质素酚醛树脂为碳源、聚氨酯泡沫为模板制备泡沫炭,并研究其油水分离性能。结果表明,所得泡沫炭具有开放大孔、低密度、疏水亲油的性能,并对有机溶剂和油品展现出良好的吸附性能,其饱和吸附量可达其自身重量的12~41倍。泡沫炭吸附有机溶剂后可通过直接燃烧进行脱附,循环使用10次后,泡沫炭对植物油仍可保留83%的饱和吸附量。     

界面自组装构筑空心多孔石墨化炭球及其电化学性能（英文）

独特的空腔结构、丰富的比表面积以及良好的导电性使得空心多孔石墨化炭球在储能领域显示了巨大的应用潜力。通过单宁酸与铁离子的络合作用以及三草酸合铁酸钾的活化和石墨化作用,采用一步炭化法成功制备了空心多孔石墨化炭球,并研究了炭化温度对炭球结构形貌的影响。基于高比表面积、快速的离子扩散通道以及低电阻的石墨化结构,空心多孔石墨化炭球表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A g~(-1)时,比电容达到332.7 F g~(-1)。组装成对称超级电容器在1 mol L~(-1) Na_2SO_4电解液中,当功率密度为459.1 W kg~(-1)时,能量密度达到23.7 Wh kg~(-1),且经10 000次循环以后,电容量保持为92.1%。本研究不仅为构筑多孔石墨化炭球提供了一种方法简单、成本较低的无模板自组装法,而且为设计和优化炭球中离子和电子的传输提供了一定的参考价值。     

多壁碳纳米管的裁剪及其电容性能研究（英文）

商业化的多壁碳纳米管通常是相互缠绕且紧密团聚,长度高达数十微米,不利于电解液离子的传输,尤其是难以利用碳纳米管内部空间。本文通过简单的化学氧化方法从横向和纵向同时裁剪多壁碳纳米管,形成弯曲的石墨烯带(CGS),将其浸入0.1 mol L~(-1)高锰酸钾溶液中,合成了CGS-MnO_2复合材料。利用FESEM、TEM、XRD、Raman对CGS-MnO_2的形貌和结构进行详细表征,结果表明无定形MnO_2成功地锚定在CGS的表面。在三电极体系中,CGS-MnO_2在2 mV s~(-1)的扫速下电容值达到236 F g~(-1),甚至在100 mV s~(-1)下电容仍能保持127 F g~(-1),远高于对比样品的电容值,例如MWCNTs (15 F g~(-1)), CGS (88 F g~(-1))和MWCNTs-MnO_2复合材料(111 F g~(-1))。此外,该材料还表现出优异的循环稳定性能,循环1 000次后电容仍然保持97%。     

氧化煅前针状焦制备超级电容器用纳米多孔炭（英文）

经混酸HNO3/H2SO4氧化后,煅前针状焦(GNC)转化为两种中间体,根据中间体在水中的分散能力区分为水可分散部分和水不可分散部分。这两种中间体均可经KOH活化后制得纳米多孔炭材料。通过XPS、XRD、低温N2吸脱附和TEM表征表明,在相同的KOH用量下,所得纳米多孔炭的孔结构不同,主要是由于两种中间体在表面性质和微结构方面的差异所致。以6mol/L KOH为电解液,从水可分散中间体制得的多孔炭GNC-A10-3在40A/g下的质量比容量为248F/g,且倍率性能优异,C40/0.05为76%;而同样为3倍碱炭比时从水不可分散中间体制备的多孔炭GNC-R10-3在体积比电容上的电化学表现优于GNC-A10-3。     

MOF材料自模板炭化制备纳米多孔炭的研究进展（英文）

纳米多孔炭材料具有高的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性等优点,广泛应用于气体吸附、催化和电化学等领域。尽管目前已做了大量的工作,但是以自模板策略制备纳米多孔炭材料仍存在挑战。结构多样可裁的金属有机骨架(MOF)材料具有规则可调的孔径、高的孔隙率和比表面积等优点,已被证明是制备功能化纳米多孔炭材料的理想前驱体。本文综述了近年来MOF自模板炭化制备纳米多孔炭材料的研究进展,重点介绍以炭化不同的MOF-客体类型为途径获得的多孔炭材料。这将有助于进一步定向开发功能化的新型炭材料,以优化其在更广泛应用领域的性能。     

石墨质多孔炭的制备及其双离子电容储能机理

作为锂离子电池和超级电容器的结合,锂离子电容器由于兼备电池和电容器的优点而受到了广泛关注。然而因其正极双电层电容行为的储能机理,锂离子电容器的能量特性受到了较大的限制。因此,为了从根本上增强锂离子电容器正极材料性能,本研究提出了双离子电容器的储能机理。以柠檬酸钾/镁/铁为原料,合成了兼备石墨质结构与层次化多孔结构的石墨质多孔炭,并以其为正极材料,实现了兼具锂离子电容器正极离子吸附行为与双离子电池正极阴离子插层行为的双离子电容储能。由于石墨质多孔炭结构中石墨质结构在高电位下由阴离子插层反应贡献的额外平台容量以及对于材料导电性的增强,石墨质多孔炭正极材料的能量特性明显超过多孔炭及人造石墨正极,实现了从储能机理的层面的器件性能增强。     

酚醛泡沫衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

以苯酚、甲醛为原料,利用水热合成法制备酚醛泡沫前驱体,经炭化和KOH活化后制备具有高比表面积的多孔炭PAFc。采用X射线衍射、扫描电镜和N₂吸附-脱附等方法对多孔炭进行表征。结果表明：当炭化温度为800℃、活化比例为1∶2时制备的多孔炭含有丰富的孔结构和高比表面积(1692.24m²/g)。此外,多孔炭也表现出优异的电化学性能,电流密度为1A/g时多孔炭的比电容达255.6F/g,循环5000次后,电容保持率为97.3%。