炭气凝胶电极电吸附脱盐性能的研究

以间苯二酚和甲醛为原料,通过溶胶-凝胶反应、超临界干燥、炭化等工艺合成制备出炭气凝胶,对炭气凝胶的微观结构进行了表征,并研究了炭气凝胶电极在不同电压和在不同浓度NaCl溶液中的电吸附性能。实验结果表明炭气凝胶电极具有很高的吸附效率,在20min内基本达到吸附平衡。随着外加电压的加大,处理溶液浓度的升高,炭气凝胶电极吸附平衡时间减小,单位吸附量增加,吸附单元内电流增加。     

酚醛-糠醛基炭气凝胶的合成和表征

用低软化点线性酚醛树脂和糠醛为原料以正丙醇为溶剂在盐酸催化下经溶液-溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶，将其在石油醚（30℃-60℃）中，超临界条件250℃，7MPa下干燥1h获得酚醛-糠醛比的增加，炭气凝胶的大孔和中孔孔容分别减小，大孔孔容变化幅度较大，微孔孔容很小。TEM图片表明：炭气凝胶的纳米骨架随酚醛-糠醛比的增加而增大。     

纳米多孔材料炭气凝胶及其在电吸附领域的应用

炭气凝胶作为一种新型具有特殊无定型结构的功能材料引起了各国研究者的极大兴趣.随着电吸附理论的发展,炭气凝胶日益成为具有诱人发展前景的电吸附材料.阐述了炭气凝胶的发展、研究动态及应用前景,探讨了电吸附理论及其基本原理,着重就炭气凝胶在电吸附领域的工业应用进行论述.     

掺杂钛炭气凝胶电极的制备及电吸附脱盐性能的研究

以间苯二酚、甲醛、钛酸丁酯为原料,分别采用乙醇、异丙醇和水作为溶剂,通过溶胶-凝胶、超临界干燥、高温炭化制备掺杂钛炭气凝胶。通过XRD和TEM分析表明,以乙醇为溶剂可以制备出均匀掺杂锐钛矿晶型的TiO2纳米粒子的炭气凝胶。将制得的掺杂钛炭气凝胶电极应用于电吸附模块进行电吸附脱盐实验,考察了掺杂钛量、电压、溶液浓度对电吸附的影响,以及掺杂钛炭气凝胶电极的循环再生性能。结果表明掺杂TiO2可以极大地抑制物理吸附和提高电吸附量,掺杂20%TiO2的炭气凝胶单位电吸附量是不掺杂TiO2时的4.5倍,其总吸附量接近11mg/g,是一种理想的电吸附电极材料。在1.5V电压下溶液浓度的提高可以提高吸附量,并且经过12次吸附再生过程后掺杂钛炭气凝胶电极的电吸附性能仍然保持稳定,可循环再生性能良好。     

单宁改性酚醛基炭气凝胶的制备及其CO2吸附性能

基于绿色低成本的单宁所具有的大量反应性羟基,其与醛类反应具有与苯酚或间苯二酚相似的机制。在传统的酚醛树脂基(苯酚-尿素-甲醛)炭气凝胶的基础上,通过添加单宁进行改性,成功制备出新型高效的CO₂吸附用酚醛基炭气凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对其表面化学和孔隙结构进行了系统表征,同时通过CO₂吸脱附测试对其CO₂吸附量、选择性吸附及吸附热等进行了研究。结果表明：以绿色可再生的生物质原料单宁对原料进行部分取代,不仅可以显著降低产品成本,还可以明显改善其CO₂的吸附性能。当单宁的添加量(15 g)为苯酚用量的50wt%时,样品具有最大的比表面积(1 376.31 m2·g^-1)和微孔体积(0.55 cm3·g^-1),是一种极具潜力的气体吸附材料。其相应的CO₂吸附量高达5.36 mmol·g^-1,选择性吸附和吸附热则分别为16.84和34.49 kJ·mol^-1<...     

炭气凝胶及其有机气凝胶前驱体的吸附性能

间苯二酚和糠醛的醇溶液在六次甲基四胺催化下经溶胶-凝胶过程合成醇凝胶,常压干燥后得到有机气凝胶,经炭化获得炭气凝胶.利用TEM和N2吸附表征了炭气凝胶及其有机气凝胶前驱体的结构,并通过有机蒸汽吸附实验研究了气凝胶的结构-吸附性能关系.实验结果表明：有机气凝胶和炭气凝胶对极性有机蒸汽的静态饱和吸附量高于对非极性有机蒸汽的静态饱和吸附量;提高热处理温度,有利于气凝胶对低浓度极性有机蒸汽和各种浓度非极性有机蒸汽的吸附,但不利于对高浓度极性有机蒸汽的吸附;随着有机蒸汽浓度的提高,气凝胶对极性有机蒸汽的吸附量明显增大,但对非极性有机蒸汽的吸附量影响不大,仅略微上升.此外,气凝胶的室温脱附率高达60 %～85 %.     

木质素酚醛基炭气凝胶的制备及电化学性能

以木质素、苯酚和甲醛为原料,NaOH为催化剂,溶胶凝胶法制备了木质素酚醛基有机凝胶,经CO2超临界干燥及高温炭化得到了炭气凝胶(LPCA)。采用扫描电镜(SEM)、比表面及孔结构分析仪表征了材料的结构,通过恒流充放电测试了炭材料的电化学性能。结果表明,制备得到的炭气凝胶以微孔和中孔为主,比表面积达356.6m2/g,首次放电比容量为583.94mAh/g,充放电循环30次比容量未见明显的衰减。     

常压干燥制备炭气凝胶及其电化学行为的研究

以甲酚为原料，添加适量的间苯二酚，在氢氧化钠催化作用下与甲醛聚合，经溶胶凝胶、溶剂置换、常压干燥和900℃炭化过程可制备纳米多孔材料炭气凝胶。N2吸附测试表明所制备炭气凝胶BET比表面积高于500m^2／g，在8nm～20nm范围具有集中的孔径分布，适合于做双电层电容器的电极材料。采用电化学阻抗谱测试电极的电化学行为，结果显示炭气凝胶电极在1mol／L的H2SO4电解液中的体积比电容接近70F／cm^3，质量比电容最高达97F／g。     

AEP作用下溶胶-凝胶法制备纤维素基炭气凝胶及其对水溶液中Cu2+吸附性能

以微晶纤维素为前驱物, 在表面活性剂异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯(AEP)作用下进行溶胶-凝胶反应, 经过真空冷冻干燥后得到纤维素气凝胶, 再在600℃惰性气氛中碳化反应制备成炭气凝胶。通过扫描电镜、BET比表面测定和红外光谱表征制备的炭气凝胶孔隙结构及表面官能团, 并采用静态吸附法考察了炭气凝胶对水溶液中铜离子的吸附性能。结果表明, 溶胶-凝胶反应中的AEP能够有效调节和改进制备的炭气溶胶孔隙结构及其吸附性能。添加2%的AEP得到的纤维素凝胶制备炭气凝胶CCA₂孔隙结构发达、均匀, 具有655.4 m²/g的比表面积和0.73 cm³/g的孔容, 对水溶液中Cu²⁺的吸附容量最大可达到86.27 mg/g, 吸附等温线符合Langmiur模型, 吸附过程遵循准二级动力学方程。     

炭气凝胶微球的凝胶化机理

以间苯二酚和甲醛为原料,溴化十六烷三甲基铵为催化剂,通过反相悬浮聚合法成功制备了炭气凝胶微球.研究了反应体系的黏度、酸度、温度以及反应中间产物紫外光谱的变化情况,探讨该凝胶反应的作用机理.结果表明:凝胶反应是一个酚醛缩合过程,其反应历程可以分为线性缩聚、交联、胶粒生长和宏观凝胶化四个阶段.     

氧化前处理对炭气凝胶孔结构的影响

在110℃～170℃范围内对糠醛-酚醛基有机气凝胶进行氧化处理1h～7h,考察了氧化对有机气凝胶热裂解产生的炭气凝胶孔结构的影响.结果表明:氧化可避免有机气凝胶纳米骨架在裂解过程中的塑性阶段发生,有机气凝胶的适度氧化有利于纳米结构的稳定化;由于空气在大、中、微孑L中扩散的差别,氧化前处理对炭气凝胶的大、中、微孔有不同的影响,尤其对接近中孔的大孔影响最大.在所考察的氧化温度和时间内,130℃/7h时或150℃/3h时的适度氧化条件下,可显著提高中孔孔容、中孔比表面和BET比表面.     

喷雾热解法制备高产率石墨/炭纳米纤维及其特征研究

基于石墨/炭纳米纤维(GNFs)的克量级(>1 g)制备及其特征表征,通过苯的喷雾热解制备了GNFs,并采用XRD,TEM及SEM对GNFs进行了表征.结果表明:高产率GNFs的最佳生长条件是:喷管内径～0.52mm,苯液流量～5 mL/min,反应温度～750℃,载气H2流量～1 500 mL/min.所制GNFs的典型长度和直径分别为～60um和～250 nm,大部分GNFs样品呈现螺圈/螺旋纤维状.喷雾热解生长模式中GNFs的产率为克量级(1.45 g)/产程.     

Detection of 10 nM ammonium ions in 35 per thousand NaCl solution by carbon nanotube based sensors

We fabricated carbon nanotube (CNT) based chemical sensors for marine applications by photolithography process, where the electrodes were insulated by photoresist exposing only the carbon nanotube sensing section (2 microm gap width) for detection of ammonium ions (NH4+) in 35 per thousand NaCI solution used as artificial seawater environment. The I-V curve of the CNT sensor was measured by sweeping the source-drain voltage from -3 to 3 V and the on/off ratio of the CNT sensor was measured to be 20 when the gate voltage was swept from -5 to 5 V and from these results the CNTs were found to appear as a p-type semiconductor. All of the cocktail solutions prepared for experiment were measured to have -pH 6 which implied 99.9% of NH4+ remained ionized. We successfully detected 10, 100, 1000 nM (0.18, 1.8, 18 ppb) concentration of NH4+ in 35 per thousand NaCI solutions by using the CNT sensor.     

掺杂难熔金属碳化物对炭/炭复合材料烧蚀微观结构的影响

详细分析和比较了3D炭／炭复合材料及其添加难熔金属碳化物的试样在三种烧蚀条件下的烧蚀结果、微观结构及形貌。SEM观察结果显示，纤维与基体间的界面优先烧蚀现象对纯炭／炭试样是普遍存在的，相反，对难熔金属碳化物掺杂的炭／炭试样而言，纤维却总是优先被烧蚀；纤维单丝相对基体优先烧蚀越明显，材料宏观烧蚀率越大。对纯炭／炭试样烧蚀表层区的TEM观察结果表明，在烧蚀过程中炭纤维和基体炭均发生明显的微观结构变化，具体表现为炭纤维的微晶尺寸显著长大，而基体炭原有层片区则出现柱状炭。烧蚀测试条件对材料宏观和微观形貌及烧蚀机理都有影响：     

聚丙烯腈基炭纤维制备过程中的表面形态和结构研究

为了制备高性能的聚丙烯腈基炭纤维，用SEM和TEM等分析方法跟踪炭纤维生产全过程中纤维微观结构所发生的变化。在湿法纺丝中，控制预牵伸倍数为7倍，调整凝固浴的温度为16℃时，可纺出截面近似圆形的高质量原丝，纤维的截面和表面的微纤比较紧凑，表面缺陷和裂纹较少；原丝经过预氧化后仍保持原来的微原纤结构，纤维外部表层的石墨微晶较大，所含孔隙较少，内部的微晶较小且含有大量孔隙。用高锰酸钾改性原丝能够得到质量优异的预氧化纤维，改性预氧丝的纤维基面增加比未改性的多，基面沿纤维轴排列的程度更高。所制备的炭纤维具有由原丝演变来的微观结构，微纤沿纤维轴高度取向，微纤之间有细长的孔隙，并堆砌在一起形成枝化微纤的伸展网络，炭纤维截面形状也近似为圆形。合理调整制备工艺，得到了强度为3．6GPa-4．2GPa，断裂延伸率为1．6％-1．8％，模量为235GPa-240GPa的聚丙烯腈基炭纤维。结果表明：炭纤维的微观组织结构与原丝的微观组织结构密切相关，高强度、高取向度和结构均匀的原丝是获得高强度和高模量炭纤维的前提。     

常压干燥法制备的炭气凝胶的电化学性能研究

采用常压干燥法制备了炭气凝胶,对所制得的炭气凝胶进行了电化学性能的测试,并与日本进口的超级电容器用超级活性炭进行比较.实验结果表明,炭气凝胶具有优良的电容性能,电双层比电容量和高扫描速度下(100mV/s)的质量比电容量分别达到21μF/cm2和89F/g,高于日本进口超级电容器用超级活性炭.     

Thermoelectric behavior of aerogels based on graphene and multi-walled carbon nanotube nanocomposites

In this work, we presented that the Seebeck coefficient and electrical conductivity can be increased simultaneously in aerogels based on graphene and multi-walled carbon nanotube (graphene-MWCNT) nanocomposites, and at the same time the thermal conductivity is depressed due to 3D porous skeleton structure. As a result, graphene-MWCNT aerogels possess ultra-low thermal conductivities (∼0.056 W m⁻¹ K⁻¹) and apparent density (∼24 kg m⁻³), thereafter the figure of merit (ZT) of ∼0.001 is achieved. Although the ZT value is too low for practical application as a thermoelectric (TE) material, the unique structure in this project provides a potential way to overcome the challenge in bulk semiconductors that increasing electrical conductivity generally leads to decreased Seebeck coefficient and enhanced thermal conductivity.     

Enhanced field emission characteristics of nitrogen-doped carbon nanotube films grown by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition process

Nitrogen-doped carbon nanotube (CNT) films have been synthesized by simple microwave plasma enhanced chemical vapor deposition technique. The morphology and structures were investigated by scanning electron microscopy and high resolution transmission electron microscopy. Morphology of the films was found to be greatly affected by the nature of the substrates. Vertically aligned CNTs were observed on mirror polished Si substrates. On the other hand, randomly oriented flower like morphology of CNTs was found on mechanically polished ones. All the CNTs were found to have bamboo structure with very sharp tips. These films showed very good field emission characteristics with threshold field in the range of 2.65-3.55 V/μm. CNT film with flower like morphology showed lower threshold field as compared to vertically aligned structures. Open graphite edges on the side surface of the bamboo-shaped CNT are suggested to enhance the field emission characteristics which may act as additional emission sites.     

Synthesis of size-controlled Bi particles by electrochemical deposition

Small sized bismuth particles are prepared by an electrochemical method using a triple voltage pulse technique. The bath composition and electrochemical parameters are optimized to yield monodisperse particles. The particles have been characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive X-ray analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, UV-visible spectroscopy and X-ray diffraction technique. The particles, as deposited, are highly crystalline in nature and the particle size and shape get tuned depending on the conditions of deposition.