静电纺聚丙烯腈/高直链淀粉碳纳米纤维的制备及其性能研究

采用静电纺加工技术结合碳化工艺制备了添加高直链淀粉的聚丙烯腈基碳纳米纤维,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了纤维的形貌、X射线光电子能谱分析了碳纳米纤维的表面化学组分、拉曼光谱仪分析了碳纳米纤维的石墨化程度、N2吸/脱附测试表征了碳纳米纤维的比表面积和孔隙结构、差示扫描量热仪和热重分析仪分析了纳米纤维的热性能和热...     

介孔片状NiO/Co3O4催化剂催化碳烟燃烧性能研究

采用水热结合等体积浸渍法制备一系列NiO/Co₃O₄介孔纳米片催化剂，并以柴油机碳烟催化燃烧为模型反应评价其催化性能.研究表明，当Ni/Co物质的量比为12%时，所制备的催化剂12NiCo具有最佳碳烟颗粒催化燃烧活性，其T_m为347℃，CO₂选择性为100%，主要归因于以下原因：1)二维片状结构及其较高的比表面积有效增大了催化剂与碳烟颗粒的接触界面；2)纳米片具有丰富的介孔孔道，有利于降低传质阻力，进而促进气体反应物的吸附与扩散；3)NiO的引入增强了催化剂的氧化还原能力，促进了氧物种的吸附与活化生成活性氧物种，同时也促进了NO氧化形成氧化能力更强的NO₂参与反应，进一步提升催化活性.此外，该催化剂12NiCo具有良好的循环使用性能，显示了一定的潜在实用价值.     

碳纳米纤维的气流纺丝制备及电磁屏蔽应用

设计了一种气流纺丝制备碳纳米纤维的工艺,以聚丙烯腈为原料纺制出纤维状前体,通过预氧化和高温退火,成功制备了碳纳米纤维。调整退火温度,制备了多种不同退火温度的碳纳米纤维。利用扫描电子显微镜等表征方法明确了几种碳纳米纤维的微观结构和特性,讨论了几种纤维的化学成分、连续度和石墨化程度等方面与电磁屏蔽效能的内在关联。经测量得出结论,当退火温度达到800℃时,碳纳米纤维具备约10dB的电磁屏蔽效能,能够实现电磁屏蔽效果。总的说来,气流纺丝制备碳纳米纤维的技术工艺在电磁屏蔽领域具有应用潜力,宏观规模的生产是未来该技术领域发展的关键。     

纳米金刚石核/洋葱状碳壳材料的可见光光催化活性研究

对纳米金刚石退火后得到的核为金刚石/壳为石墨烯的复合材料(其曾表现出优异的吸附和光催化能力)进行了研究。结果表明：对粗颗粒(粒度为50 nm)的纳米金刚石进行高温退火处理,金刚石表面会石墨化,但不会形成洋葱石墨壳层;退火后的纳米金刚石也不具有对甲基橙溶液的光催化降解能力。采用爆轰法制备纳米金刚石(粒度为5 nm),并在高温(1 400～1 500℃)退火下获得了核/壳结构的纳米金刚石/洋葱状碳材料。研究发现：该复合材料具有良好的可见光光催化活性,经1 500℃退火的纳米金刚石在1 h内可让浓度为100mg/L的甲基橙溶液几乎完全降解。     

基于三维孔道结构微球的亚甲基蓝吸附性能研究

为了发展生物质废料在染料废水净化领域的应用及可回收生物质衍生碳的循环净水研究,借助水热碳化与KOH活化和溶胶凝胶法制备了柚子皮衍生碳/海藻酸钙(PPC/CA)具有三维孔道结构的复合微球。通过扫描电镜、透射电镜、比表面积分析仪等表征手段对其形貌、结构、比表面积等进行了分析,研究了其对含亚甲基蓝(MB)废水的吸附性能。实验结果证明:PPC/CA复合微球内部是由大孔、介孔和微孔构成的分等级三维孔道结构,比表面积为161.4 m~2/g;当MB初始浓度为200 mg/L时,PPC/CA的平衡吸附量为479.4 mg/g;通过对其吸附实验研究发现复合微球对MB的吸附符合准二级动力学模型。     

柔性自支撑介孔碳纳米纤维的制备及其在超级电容器电极上的应用

为制备柔性介孔碳纳米纤维,将其用作自支撑超级电容器材料.本文以热固性酚醛树脂(PF)为碳源,嵌段共聚物Pluronic F127为模板剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为助纺剂,通过静电纺丝法和简单的热处理合成新型的一维介孔碳纤维.通过XRD、比表面积以及孔分布对介孔碳纳米材料进行表征.结果表明:加入Pluronic F127的碳纳米纤维内部存在大量的介孔结构.其中,MCNFs-2获得1 444.26 m2/g的比表面积,从而提供了更多的活性位点以及比电容;并且在6 mol/L KOH水溶液中,MCNFs-2电极获得较高的放电比容量(139.6F/g,0.05 A/g的电流密度)和优秀的倍率性能.     

应用模板法从煤沥青制备中孔活性炭

以煤沥青为原料,应用纳米二氧化硅模板法制备中孔活性炭,并考察焦模比、碱碳比以及活化温度对活性炭孔结构和收率的影响。结果表明,所得活性炭试样孔径分布最大值与模板剂孔径尺寸相吻合。在焦模比为2∶1、碱碳比为4.5∶1、活化温度为850℃时,所制活性炭总比表面积为1729 m^2/g,其中中孔比表面积为1702 m^2/g,占总比表面积的98.43%。     

新型N、S共掺杂微孔碳材料的制备及性能研究

以三聚氯氰和噻吩为反应单体,通过简单的傅克烷基化反应制备含N、S多孔有机聚合物(PCT),进而以PCT为碳前驱体,采用氢氧化钾活化法在不同温度下碳化得到N、S共掺杂微孔碳材料(CPCT-X),研究碳化温度对材料比表面积和孔径的影响规律,并考察具有不同孔结构和杂原子含量微孔碳材料的CO_2捕集性能和电化学性能。结果表明:CPCT-X具有较大的比表面积(1 629 m~2·g~(-1))和高微孔孔隙率(96.7%),碳化温度为600℃时,具有最好的CO_2捕集性能(5.5 mmol/g,273 K,0.1 MPa);同时,CPCT-X具有很好的超电性能,当碳化温度为700℃时,比电容可达210 F/g(电流密度为0.5 A/g)。     

规整形貌和多孔催化剂对挥发性有机物氧化的催化性能

大部分挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)污染大气环境,危害人身健康,严格控制VOCs的排放迫在眉睫.催化氧化是消除VOCs的有效途径,关键在于研发新型高效催化剂.简要综述了近年来笔者课题组在规整形貌过渡金属氧化物、介孔金属氧化物、大孔金属氧化物、大孔复合金属氧化物及其负载过渡金属氧化物和贵金属纳米催化剂的制备及其对VOCs氧化的催化性能.结果表明,催化剂的活性与其比表面积、孔结构、粒子分散度、粒径、吸附氧物种浓度、低温还原性、反应物活化能力、金属氧化物或贵金属(合金)与载体之间的相互作用等因素有关.此外,还展望了此类研究工作的未来发展趋势.     

碳/纳米TiO2复合材料的制备与表征

采用以N-二甲基甲酰胺(DMF)为分散剂的TiO2溶胶与聚丙烯腈(PAN)的DMF溶液共混并在聚四氟乙烯模具中浇铸成膜,然后将膜进行预氧化和碳化,制备了碳/纳米TiO2复合催化材料并对其结构进行了表征.结果表明,锐钛型TiO2粒子以10～30 nm的尺度均匀分散和镶嵌在具有乱层石墨结构的碳基底中.随着PAN基中TiO2含量的增加,复合膜表面的TiO2含量增加,但低于其内部含量,同时TiO2的晶粒发生聚并,粒子尺寸增加.乱层石墨结构碳的存在对TiO2由锐钛型转变为金红石型的相变过程有抑制作用.     

生物质海绵基活性炭纤维制备研究

采用正交试验方法,以生物质海绵-丝瓜络纤维为原料、(NH4)2HPO4作为活化剂制备活性炭纤维(ACF)。制备过程包括预处理、预氧化、高温活化。采用扫描电镜(SEM)对制备的活性炭纤维结构进行表征分析。通过N2吸附-脱附等温曲线对其表面孔结构进行研究。结果表明:制备的丝瓜络海绵基活性炭纤维比表面积达到812.7m2/g,孔隙结构主要为微孔结构,孔体积可达0.390cm3/g,在环保等领域具备良好的应用前景。     

碳纳米纤维纱的制备与表征

利用同轴共轭静电纺丝装置制备两种不同结构的纳米纤维纱,通过预氧化和高温碳化工艺分别得到聚丙烯腈基碳纳米纤维纱、聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯基碳纳米纤维纱和C/Cu纳米电缆。利用扫描电镜、透射电镜、X-衍射和拉曼测试对3种不同碳纳米纤维纱的结构进行表征,利用四探针法测试它们的导电性能。结果表明:聚丙烯腈基碳纳米纤维纱中的纤维有严重粘连和断裂,失去单根纤维独立性,而聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯基碳纳米纤维纱和C/Cu纳米电缆均是由单根纤维组成的集合体,并具有良好的取向。C/Cu纳米电缆中的碳基质包覆着由Cu纳米粒子构成的纳米线,并且纤维表面均匀地镶嵌Cu纳米粒子。相比聚丙烯腈基碳纳米纤维纱,C/Cu纳米电缆的导电率更高。     

水热共沉积C/C复合材料的Ni催化石墨化及性能研究

采用水热共沉积结合热处理技术制备出了含Ni颗粒的碳/碳(C/C)复合材料,并研究了热处理温度对C/C复合材料微观结构、力学性能及电学性能的影响规律.结果表明,随着热处理温度的升高,复合材料的基体碳由无定型的颗粒状向层状石墨转变,其石墨化度提高,复合材料中Ni的引入对基体具有催化石墨化作用.1 400℃热处理较800℃热处理C/C复合材料的强度降低了27%,模量提升了15%,其断裂行为由假塑性断裂向脆性断裂转变.1 400℃热处理较800℃热处理C/C复合材料的电阻率降低了67.9%.石墨化度的提高增大了石墨微晶尺寸,降低了石墨层间距,减小了晶界的散射作用,从而提升了载流子浓度,有利于降低C/C复合材料的电阻率.     

有序介孔碳多面体的制备及其光催化性能研究

采用了简单的软模板水热合成法,制备了十二面体形状的有序介孔聚合物(OMP),在高温碳化下转化为有序介孔碳(OMC).之后将有序介孔碳用氨气活化,制备得到有序介孔氮掺杂碳(OMNC).通过TEM,SEM,BET,XPS,XRD,拉曼光谱仪等方法对制备的产品进行表征分析,探究氮掺杂过程对材料结构和性能影响.将不同活化温度下...     

活性石墨烯的制备及其电化学电容特性的研究

将超声分散处理的氧化石墨直接与氢氧化钾按一定比例混合,经过高温活化处理,制备得到活性石墨烯。采用XRD、TEM以及氮气吸脱附对活性石墨烯的微观结构、表面形貌以及比表面积进行表征分析,并考察材料的电化学电容特性。结果表明:经过直接活化制备得到的活性石墨烯具有很高的比表面积(高达1220m~2/g)和较大的孔容积(0.995cm~3/g)。电化学性能测试结果表明:在1A/g电流密度下,6mol/L KOH溶液中活性石墨烯电极材料的质量比电容能达到111F/g,经过5000次充放电循环后,电容保持率仍为99.2%。     

C/SiC制备过程中的碳化工艺及碳化后碳支架性能的研究

对C/SiC复合材料制备过程中碳化工艺进行了探索,包括碳化前造孔剂类型及质量分数的确定,碳化过程中碳化温度和碳化速度的确定等.用SEM和XRD分别对碳化后碳支架的孔道结构和相结构进行了分析,此外,也对碳支架的收缩率做了一定的测试.结果表明:选择造孔剂为淀粉且质量分数在14％～16％为最佳,碳支架的孔道包含孔道,微孔和大孔三种类型,碳支架的相结构主要为玻璃态结构的石墨,且碳支架的收缩率在长度和半径方向均一致.     

用造纸黑液中的木质素制备电磁屏蔽材料的研究

在本实验中以造纸黑液为原料,经酸析后得到木质素,在木质素中添加适量的镍、钙催化剂经催化碳化后得到具有石墨层状结构的碳化产物,并可进一步制备得到具有良好电磁屏蔽性能的碳基环保材料。实验结果表明：当碳化温度为900℃、催化剂Ni和Ca的添加量分别为8wt％、6wt％时所得到的石墨晶体的晶体结构最完善,制备得到电磁屏蔽材料的屏蔽效果最好。     

草木灰浸取液活化制备污泥基脱H2S碳材料研究

以污水处理厂剩余污泥为原料,采用玉米棒灰浸取液代替化学活化剂热解污泥制备吸附碳材料,通过H_2S的穿透时间、碘值以及亚甲基蓝吸附值等指标确定样品的最佳制备条件。结果表明当污泥与玉米棒灰的质量比为1∶2,活化温度为600℃,N_2氛围下活化1.5 h所制得的碳材料具有最佳的脱臭性能,在出气H_2S浓度不超过30.0 mg·m~(-3)时,H_2S的穿透时间可达145 min,其脱臭性能远高于商品活性炭,此时亚甲基蓝吸附值和碘值分别为39.94 mg·g~(-1)和867.4 mg·g~(-1);剩余污泥的热重分析说明碳材料孔的形成主要发生在178～600℃范围内,扫描电镜、孔结构和比表面积的表征显示材料表面粗糙,介孔发达;红外光谱显示出碳材料含氧、含氮官能团丰富,而这些因素均有利于H_2S气体的吸附脱除。     

碳纳米纤维的制备及表征

以聚丙烯腈（PAN）为原料,通过静电纺丝技术制备PAN纳米纤维,经过预氧化过程和高温碳化过程制备碳纳米纤维（CNFs）．在整个制备过程的不同阶段取样,进行跟踪检测,采用场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱和拉曼光谱来研究它们的相结构和形态,获得CNFs制备过程中的微观变化．     

一种简单的制备碳包覆金属Co纳米粒子的方法

以亲水性较强的多糖(蔗糖、纤维素等)为碳源,钴的硝酸盐为金属源,通过500 ℃碳化,700～1 000 ℃退火,浓硝酸浸泡纯化等工艺制备了碳包覆金属钴纳米颗粒.采用XRD、HRTEM等测试手段对产物的形态、组成和结构进行了表征,结果表明产物具有明显的Co/C核壳结构,金属Co核尺度为20～50 nm,碳壳一般由十到二十几个石墨结构层组成.此外,还系统考察了制备过程主要工艺参数参数,如碳源与金属初始比例、退火温度、退火时间等对碳包覆Co纳米颗粒形成的影响.