介孔SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2材料的合成及催化性能

硫化锆基孔材料是一类新型的具有丰富酸基的固体酸催化剂。采用一锅合成法,通过调变自组装过程中锆物种的引入量,制备了不同锆硅物质的量比的介孔SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2固体酸材料。采用XRD、N_2吸附-脱附、UV-Vis等方法的表征结果表明,所得材料具有高度有序的二维六方介孔结构且孔壁为具有四方相晶相结构的氧化锆。随着锆硅物质的量比值的增加,所得固体酸材料的有序度、比表面积及孔容呈下降的趋势。与纯硅介孔分子筛SBA-15相比,该系列SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2固体酸材料在环己醇的酯化反应和异丙苯的裂解反应中均表现出较高的催化活性,且当Zr、Si物质的量比值为1.7和1.3时,反应活性分别达到最高值。其原因在于,介孔SiO_2孔壁中引入经硫化后的氧化锆可在较大程度上保留SiO_2材料原有介孔有序结构的前提下,有效提高催化剂表面的酸性位。     

B/P/N/O共掺杂碳纳米纤维的制备及其超级电容器性能研究

采用含有功能分子硼酸和磷酸的聚丙烯腈溶液,经过简单的高压静电纺丝和一步碳化/活化工艺制备硼/磷/氮/氧(B/P/N/O)共掺杂碳纳米纤维,用作超级电容器电极材料。重点考察了不同硼酸/磷酸比例对电极材料及其超级电容器电化学性能的影响。电化学测试结果表明,BPNOCNF-3∶2拥有最高的比电容值为299 F/g(1 A/g),且在1～30 A/g的电流密度下,电容保持率达到72%。XPS测试结果表明:BPNOCNF-3∶2的异原子含量为24.84 at%。此外,组装的对称型超级电容器同样展示了良好的电容性能。制备的B/P/N/O共掺杂碳纳米纤维在超级电容器上具有很好的应用前景。     

络合水热法合成介孔SnO_2及其表征

二氧化锡(SnO2)作为一种n型宽禁带半导体氧化物材料,广泛用于有机物催化、固态电子器件和锂离子电池电极材料领域。介孔SnO2具有较大的比表面积和纳米级有序孔道,与周围介质之间存在更强的相互作用力,可提高其在气敏传感器、催化反应中的应用效率。本文以SnCl4·5H2O为锡源,P123为模板剂,采用络合水热法合成了具有金红石结构的介孔二氧化锡,并考察了pH值、表面活性剂和添加剂等因素对介孔结构形成的影响;采用X射线衍射、透射电镜、荧光光谱等手段综合分析了产物的结构、形貌、成分及光学性质。结果表明所制备的介孔SnO2具有蠕虫状孔结构,表面积大,孔径集中分布在2⁸nm。合成的样品具有良好的光学性能,在光学材料领域具有应用前景。     

Mn_2O_3/CRF复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

通过采用沉淀法在碳气凝胶表面负载金属氧化物三氧化二锰,制备得到Mn_2O_3/CRF复合材料。采用X射线衍射及电镜扫描等技术对所制备的复合材料进行结构形貌表征。实验结果发现碳气凝胶具有多重片层结构且孔隙发达。通过调节锰盐的含量考察三氧化二锰负载量对复合材料电化学性能的影响作用。采用循环伏安法及充放电测试对材料的电化学性能进行测试,结果表明Mn_2O_3/CRF复合材料具有良好的电容性及较好的可逆性。当Mn_2O_3含量达15%时复合材料的比电容最大,可达118.5 F/g。通过充放电测试1000次后发现该电极的比电容依然能够保持在一稳定值上,具有较好的稳定性。     

氮磷共掺杂三维石墨烯的制备及其电化学性能的研究

有机元素共掺杂能有效改善碳材料的电容性能。通过氮、磷共掺杂合成三维石墨烯(N/P-G)电极材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS等对样品微观结构和表面物性进行表征。结果表明,当掺杂氮含量为7.03%,磷含量为4.62%,所合成N/P-G的比表面积可达156.138 m2·g-1,其平均孔径为4.45 nm,同时具有三维多孔结构。电化学性能研究表明,在1 A·g-1电流密度下比电容高达145.4 F·g-1,在16 A·g-1电流下比电容仍可保持100.8 F·g-1。所制备的氮磷共掺杂石墨烯作为电极材料可以应用于超级电容器中,前良好。     

碳纳米纤维负载氧化镍复合材料的制备及其电化学电容性能

为改善NiO的导电性及比表面积,进而提高其比电容,利用静电纺丝技术及水热合成法,制备了以碳纳米纤维(carbon nanofiber,CNF)为核、超薄的NiO纳米片为壳的CNF@NiO复合材料。实验研究了纺丝电压及尿素加入量对材料形貌的影响,并采用循环伏安、恒流充放电法对材料的电化学性能进行测试。结果表明:当纺丝电压为12kV及Ni(NO_3)_2·6H_2O/尿素的比例为1/3时,可以得到形貌良好的CNF@NiO复合材料;当电流密度为0.5A/g时,CNF@NiO复合材料的比电容为305F/g。对比其他NiO基材料,说明通过构建以电导率优良的CNF为核、NiO纳米片为壳的复合材料能有效提高NiO的比电容。     

介孔硅酸锌/氧化硅复合材料的制备与结构表征

以介孔氧化硅SBA-15作为硅源和辅助模板,将SBA-15与硝酸锌研磨混合,采用高温固相法制备出介孔硅酸锌/氧化硅复合材料。采用X射线衍射,透射电子显微镜,氮气吸、脱附技术对样品的结构进行表征。研究结果表明:SBA-15与引入到孔道中的硝酸锌发生固相反应生成硅酸锌,800℃的煅烧温度较传统固相反应温度有显著下降。硅酸锌镶嵌在孔壁上剩余的氧化硅中,不仅能够提高介观结构的稳定性,而且能够抑制硅酸锌发生相转变。硅酸锌/氧化硅复合材料具有二维六方有序介孔结构;含不同质量分数硅酸锌的硅酸锌/氧化硅复合材料的孔径为3.7~6.1nm,比表面积为360~640m~2/g。     

不同体积比混酸处理活性炭对VO~(2+)/VO_2~+活性的影响

采用冷凝回流的方法处理活性炭材料,讨论了硫酸与硝酸不同体积比(2:1、1:1、1:2、1:3)处理的活性炭材料对VO2+/VO2+电化学活性的影响.傅里叶变换红外测试表明,通过混酸处理,活性炭材料上只接入了羟基.比表面积仪和循环伏安分别检测了处理前后样品的表面特性及电化学性能.结果表明,VO2+/VO2+在处理后的碳材料上具有较大的活性,当硫酸与硝酸的体积比为1:2时,处理后的碳材料表现出最好的电化学性能,其ΔEp为154 m V,比未处理碳粉的ΔEp减少了3.3倍,氧化峰电流密度为28.24 m A·cm-2,提高了1.4倍,还原峰电流密度为19.73 m A·cm-2,提高了2.1倍.     

泡沫镍支撑的锌钴氧化物电极的制备及其超电容性能

针对目前超级电容器在大电流密度下循环性能不够优异的问题,采用无模板自然生长法制备了泡沫镍支撑的锌钴氧化物纳米簇阵列电极,使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对材料表面形貌进行表征,利用X射线衍射仪对材料的结构进行探究。通过循环伏安法、恒电流充放电测试、电化学阻抗测定等一系列电化学表征手段表征了所制备材料的超电容性能。结果表明,锌钴氧化物的形貌为纳米线(直径为100~200nm)聚集而成的纳米簇,交错地在泡沫镍骨架上生长。电极在0.5A/g电流密度下的比电容高达1 592F/g。经过10 000次循环后质量比电容仍有101.7%的保持率。根据电化学阻抗谱的测试结果,其电荷传递电阻仅为0.25Ω,显示出所制备材料良好的电化学性能。     

硅烷-硅溶胶杂化材料对水泥基材料性能影响研究

采用三种不同的硅烷单体,利用有机-无机杂化技术制备硅烷-硅溶胶杂化材料,并针对杂化材料的类型、杂化比等因素对水泥基材料力学性能、防水性能、抗氯离子侵蚀性能的影响进行较为系统的研究。结果表明,通过有机-无机杂化反应,可制备出性能稳定的硅烷-硅溶胶杂化材料,且随着烷基碳数的增加,杂化材料的稳定性有所提高。硅烷中添加硅溶胶一定程度地降低了水泥基材料的强度;硅烷-硅溶胶杂化材料可降低砂浆的吸水率,且随着杂化材料用量的增加,水泥砂浆的防水性能明显提高;三种杂化材料均具有较为明显的抵抗氯离子侵入混凝土的能力,且辛基三乙氧基硅烷-硅溶胶杂化材料抵抗氯离子侵蚀的能力最好。