由液化物树脂制备多孔碳纳米纤维及其表征

以壳粉为原料,在碱性条件下制备液化物树脂(LPF),经静电纺丝、固化、碳化得到多孔碳纳米纤维(PCNF)。探讨了聚乙烯醇(PVA)用量对纺丝液特性及纤维形貌的影响。同时,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、全自动比表面积及孔隙分析仪(BET)等方法对不同碳化温度下的样品进行表征。结果表明:少量PVA可以明显提高LPF的纺丝性,且随PVA用量的增加,纤维的形貌更规整、直径更小;随着碳化温度的升高,LPF/PVA纤维逐渐裂解,多数官能团消失,基体为多苯稠环结构;同时,层间距d_((002))逐渐减小,平面尺寸L_c和L_c/d_((002))增加,纤维内部的类石墨结构逐渐向更规整、有序的石墨微晶结构转变;当碳化温度为800℃时,LPF/PVA的含碳量达55%以上,随着PVA用量的增加,纤维的比表面积明显增大且多以微孔为主,当PVA用量为8%时,得到比表面积为590m~2/g的多孔碳纳米纤维。     

基于静电纺丝碳纳米纤维的超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有比电池更高的功率密度、更快的充电/放电速率、更好的安全性和更长的循环寿命等优异特性得到了广泛关注.决定超级电容器性能的核心因素之一是其电极材料性能.静电纺丝技术是一种简单有效制备纳米纤维的方法,所制备的纳米纤维具有大的比表面积、良好的导电性和优异的柔韧性.因此,静电纺丝纳米纤维被广泛应用于超级电容器的电极...     

ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料的制备及对镉离子的吸附性能

主要将通过磁控溅射技术制备所得的氧化锌@聚丙烯腈(ZnO@PAN)静电纺丝纳米纤维膜材料,利用溶剂热反应合成金属有机框架材料ZIF-8@聚丙烯腈(ZIF-8@PAN)纳米纤维膜材料,后经过900℃高温煅烧工序制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料,并将其应用于水体中重金属离子镉的吸附。X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析表征结果表明,ZIF-8成功地在PAN纳米纤维膜上原位生长,经过高温煅烧,ZIF-8的结构并未明显改变。ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料在水溶液中对镉离子具有良好的吸附效果。探究证明,吸附过程中,在溶液为中性条件下,且水浴加热35℃时,镉离子吸附效果最好,吸附效率最高可达到88%左右。     

碳纳米纤维表面网络修饰及其锌离子电池应用

可充电水系锌锰电池以高安全、低成本和对环境友好的特性在大规模储能领域有广泛的应用前景,但由于锰氧化合物自身导电差且在电池充放电过程中发生歧化反应在水中溶解,导致电池容量低、循环稳定性差。本文采用双针头对纺静电纺丝技术,结合预氧化、高温退火工艺,通过掺杂碳纳米管(CNTs)和导电炭黑(Super-P)对碳纳米纤维表面进行修饰,制备出具有凸起结构和导电网络的碳纳米纤维(CSCNFs)复合材料,再结合电化学沉积工艺,在纤维表面负载α-MnO₂活性物质制备得到MnO₂@CSCNFs阴极。其中,CNTs和Super-P协同构建了具有节点结构的导电网络通道,实现高效电子-离子协同传输。以MnO₂@CSCNFs为阴极的电化学性能得到明显改善,初始容量达到784.8 mA·h·g^-1,100圈循环后仍保持500 mA·h·g^-1的放电比容量,2 A·g^-1的大电流密度下仍保持290.8 mA·h·g^-1的放电比容量,且当电流密度恢复到0.1 A·g<...     

木质素/PAN碳纳米纤维的制备与表征

基于静电纺丝法,以碱木质素和聚丙烯腈(PAN)为溶质,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂制备碳纳米纤维。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、共聚焦显微拉曼光谱仪和X射线光电子能谱(XPS)等手段分析了木质素在木质素/PAN中的质量占比对碳纳米纤维形貌及结构的影响。结果表明：随着木质素含量的逐步增加,对碳纳米纤维的表面形貌和微观结构影响并不显著,说明木质素可以代替部分含量的PAN,为基于木质素/PAN碳纳米纤维制备高性能超级电容器电极材料提供参考。     

木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物及其碳纳米纤维的制备

通过酯化反应和自由基共聚反应制得木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物(P(LS-AN)),采用静电纺丝技术将其制成纳米纤维,再经预氧化和碳化处理,制得碳纳米纤维。采用红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热/热重同步分析仪(DSC/TG)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对P(LS-AN)、电纺纤维及其碳纳米纤维的结构进行表征。结果表明,P(LS-AN)纳米纤维具有良好的热稳定性,在较高升温速率(10℃/min)下对其进行预氧化和碳化处理,所制得的碳纳米纤维单丝间未产生粘连。在碳化过程中,LS的苯酚结构有利于促进有序碳结构的形成,使得碳纳米纤维的结构更为完善。     

碳基锌离子电容器正负极间距对其电化学性能的影响

本研究通过增加隔膜层数来增加正负极的间距以提高锌离子混合超级电容器(ZIC)的循环寿命,并计算出相应的枝晶生长速率。结果表明,四层隔膜的ZIC在1 A·g^-1的电流密度下,循环寿命可达20 000圈,充放电时长达170 h,是单层隔膜的200倍。正负极间距会导致ZIC的比容量变化。当电流密度为0.1 A·g^-1时,单层隔膜,双层隔膜,三层隔膜,四层隔膜的比电容分别为262,230,218和207 F·g^-1。当电流密度为10 A·g^-1时,不同层数隔膜的比电容分别为90,75,68和42 F·g^-1。由于正负极间距的增加,延缓了锌枝晶生长刺穿隔膜的时间,从而大大提高了ZIC的循环寿命。     

纳米纤维素修饰的碳纳米纤维制备及其疏水性研究

为拓展碳纳米纤维在环境清洁领域的应用,提高碳纳米纤维的水接触角,改善膜表面的疏水性能,获得疏水性较好的碳纳米纤维薄膜,利用静电纺丝法将纳米纤维素(CNFs)与碳纳米纤维前驱体复合,获得具有低表面能和良好疏水性能的纳米碳纤维/纳米纤维素复合纤维膜。通过对纳米纤维素含量进行调控,经预氧化和碳化处理后得到一系列具有规则三维空间网络结构的复合纤维膜,并探究不同纳米纤维素含量对复合纤维膜疏水性能的影响。结果表明：纳米纤维素修饰复合纤维膜随着碳化程度的提高其表面能呈现逐渐降低的趋势,其对水的接触角也逐渐增大,疏水效果得到较大幅度提升。随着纳米纤维素含量继续增加,复合纤维膜的水接触角呈上升趋势,未添加前接触角为36.13°,当纳米纤维素添加质量为20%时,水接触角最大为132.14°,提高了366%。     

聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的制备及在锌离子混合电容器中的应用

锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险。针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇为原料,通过冷冻-解冻和电解液吸收的方法,快速制备了具有蜂巢状的三维网络形貌的凝胶聚合物电解质(GPE)。优化的GPE不仅具有良好力学性能(拉伸强度0.24 MPa、断裂伸长率289%),而且表现出较高的离子电导率(58.5 mS/cm)。使用GPE、二氧化锰阴极和活性炭阳极组成的ZIHC,其比电容和能量密度分别为31.5 F/g和15.0 Wh/kg,2 A/g充放电循环1.5×10⁴次后比电容保持率约80%,展示出GPE在ZIHC领域中潜在的应用价值。原料环保和方便快捷的制备方法为能量存储和柔性可穿戴电子领域应用的GPE研究提供了新的思路。     

静电纺丝制备磁性碳纳米复合纤维及其表征

以聚丙烯腈(PAN)、乙酰丙酮铁(AAI)、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料, 采用静电纺丝-煅烧技术成功制备出磁性碳纳米复合纤维。通过TEM分析发现CF900的直径约为130~210 nm, 磁性纳米颗粒均匀地分散在碳纳米纤维中, 并探讨了碳化温度对碳纳米复合纤维磁性能的影响。结果显示: 饱和磁化强度(M_s)和剩余磁化强度(M_r)均随温度的升高而增大, 样品CF900的饱和磁化强度(M_s)高达27.55 A·m²/kg, 比表面积(S_BET)和总孔容积(V_total)达354.0 m²/g和0.315 mL/g。     

碳纳米纤维膜的制备及表面浸润性研究

采用静电纺丝法制备聚丙烯腈纳米纤维膜,经不同温度预氧化和碳化后得到碳纳米纤维膜(CNFM),通过FTIR、TG、XRD、SEM、RAMAM等表征手段探究了预氧化和碳化过程中纤维膜结构的变化,并考察了不同阶段纤维膜的表面浸润性.研究表明:PAN纤维膜预氧化温度选定在270～290℃范围较为合适;随碳化温度的升高,碳纳米纤维(CNFs)的类石墨层状结构有序化提高,石墨层间距减小;碳化膜的最大接触角可达158.3°±1.0°,表面呈现超疏水性.     

含氧纳米多孔碳球的制备及其在超级电容器中的应用

开发具有规整纳米球状结构、高比表面积、高电化学活性且合成工艺简单的纳米多孔碳材料,对高储能设备至关重要。以β-环糊精为原料,采用高温水热、炭化以及氢氧化钾和碳酸钾活化制备纳米多孔碳球(NCSs),并对其进行硝酸和过硫酸铵表面氧化改性,系统研究了表面改性对多孔碳球电化学性能的影响。研究结果表明:NCSs呈规整球形结构,球直径200～300nm,比表面积为932.6m~2/g,经表面氧化改性后,球形结构并无发生较大的变化,但电化学性能有明显的提升,其中NCSs经过硫酸铵(APS)氧化改性后制得的NCSs-APS,在扫描速度为5mV/s条件下,比容量为214.1F/g,相比于NCSs(比容量为140.6F/g),比容量提升了52.3%。同时NCSs-APS具有良好的循环稳定性,经3000次循环,比容量保持率为91.4%。     

超薄MnOx修饰多孔碳纳米纤维及其电容脱盐

MnO₂具有较高的理论比电容而作为良好的电容器材料,但因其导电性和循环稳定性较差,从而限制其电化学应用。本研究以静电纺丝技术制备的多孔碳纳米纤维（PCNF）为载体,经KMnO₄浸泡后,高温退火获得超薄MnO_x层修饰的复合碳纳米纤维（APCNF-MnO_x）。通过接触角、SEM、TEM、电化学表征及电容脱盐测试对比分析了碳纤维多孔结构对MnO_x形貌及电化学性能的影响。电化学测试结果表明：APCNF-MnO_x电极的比电容是退火的MnO_x修饰无孔碳纳米纤维（ACNF-MnO_x）电极的4倍（20 mV/s）。以APCNF-MnO_x为电容器负极材料,成功制得电容器去离子器件,其电容脱盐量达到9.23 mg/g,比ACNF-MnO_x提高了29%。     

静电纺纳米纤维支架结构的研究进展

静电纺丝作为一种纳米纤维支架的仿生构建方法 ,已在软骨组织工程领域中得到越来越多的应用和关注。但是,由于静电纺纳米纤维支架的孔径过小以及无法精确控制支架的形状影响其向临床应用转化。近年来涌现出许多控制纳米纤维支架结构的方法。本文对控制纳米纤维支架结构的方法进行了综述,并对纳米纤维支架在软骨组织工程中应用的主要挑战和前景,提出了看法。     

一种基于静电纺碳纳米纤维的酚醛传感器

采用静电纺制备纳米纤维膜,接着通过高温碳化技术处理得到碳纳米纤维膜(ECNFs),再通过共混得到漆酶-全氟磺酸聚四氟乙烯共聚物-纳米碳纤维玻碳电极(laccase-Nafion-ECNFs/GCE)并制备新酚醛传感器。采用拉曼荧光显微分光计和Nicolet iS10傅里叶红外光谱仪对ECNFs进行分析;用循环伏安法对laccase-Nafion/GCE、laccase/GCE、laccase-Nafion-ECNFs/GCE进行了检测并测试扫描速率对laccase-Nafion-ECNFs/GCE效果的影响;采用方波伏安法对laccase-Nafion/GCE、laccase/GCE、laccase-Nafion-ECNFs/GCE进行了检测并测试对苯二酚浓度对laccase-Nafion-ECNFs/GCE效果的影响。结果表明:实验获得了ECNFs,且ECNFs的表面存在大量的羧基基团,有利于提高ECNFs的电催化性能和生物相容性;ECNFs的添加,提高了复合材料的导电率并增加了玻碳电极表面到漆酶中心的电子转移速率;漆酶在laccase-Nafion-ECNFs复合材料和玻碳电极表面很容易发生电子传输;ECNFs的修饰强烈地增加了玻碳电极对对苯二酚的电催化作用;该生物传感器的检测限为0.32μmol/L,线性范围为1~20μmol/L,可满足环境监测的要求。这种基于电纺纳米碳纤维的新型生物传感器装置具有很大的应用潜力。     

一种基于静电纺碳纳米纤维的酚醛传感器

采用静电纺制备纳米纤维膜,接着通过高温碳化技术处理得到碳纳米纤维膜(ECNFs),再通过共混得到漆酶-全氟磺酸聚四氟乙烯共聚物-纳米碳纤维玻碳电极(laccase-Nafion-ECNFs/GCE)并制备新酚醛传感器。采用拉曼荧光显微分光计和Nicolet iS10傅里叶红外光谱仪对ECNFs进行分析;用循环伏安法对laccase-Nafion/GCE、laccase/GCE、laccase-Nafion-ECNFs/GCE进行了检测并测试扫描速率对laccase-Nafion-ECNFs/GCE效果的影响;采用方波伏安法对laccase-Nafion/GCE、laccase/GCE、laccase-Nafion-ECNFs/GCE进行了检测并测试对苯二酚浓度对laccase-Nafion-ECNFs/GCE效果的影响。结果表明:实验获得了ECNFs,且ECNFs的表面存在大量的羧基基团,有利于提高ECNFs的电催化性能和生物相容性;ECNFs的添加,提高了复合材料的导电率并增加了玻碳电极表面到漆酶中心的电子转移速率;漆酶在laccase-Nafion-ECNFs复合材料和玻碳电极表面很容易发生电子传输;ECNFs的修饰强烈地增加了玻碳电极对对苯二酚的电催化作用;该生物传感器的检测限为0.32μmol/L,线性范围为1~20μmol/L,可满足环境监测的要求。这种基于电纺纳米碳纤维的新型生物传感器装置具有很大的应用潜力。     

载Ag/Cu纳米粒子多孔聚丙烯腈复合纤维膜的制备及其抑菌性

金属纳米粒子因其独特的物理化学性能,在催化、抑菌、水污染处理和生物医学等领域表现出巨大的应用前景。但是金属纳米粒子在制备和使用过程中容易发生团聚而影响其性能。因此,提高金属纳米粒子的稳定性,对提升其应用性能具有重大意义。本文在以聚丙烯腈(PAN)为基体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为致孔剂,基于静电纺丝技术制得多孔聚丙烯腈纳米纤维(PPAN NFs)的基础上,通过浸渍沉积法分别制备出负载银纳米粒子(Ag NPs)复合纳米纤维(Ag-PPAN NFs)和负载铜纳米粒子(Cu NPs)复合纳米纤维(Cu-PPAN NFs)。在利用FESEM、EDS、XRD等方法对制备纤维膜的形貌和结构进行表征的基础上,通过抑菌圈法和FESEM观察经复合纳米纤维处理前后的细菌形貌来研究Ag-PPAN NFs和Cu-PPAN NFs对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念球菌的抑菌性能。研究结果发现：PPAN NFs可有效解决Ag NPs和Cu NPs在制备和使用过程中易于聚集的问题,制得的复合纳米纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念球菌具有一定的抗菌活性,可成为一种新型的抗菌纤维材料。     

基于电纺技术构筑多孔SnO2纳米纤维膜的研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为纺丝助剂,五水合四氯化锡(SnCl4·5H2O)作为前驱体,采用静电纺丝技术结合高温煅烧法成功制备了直径为(363±28)nm的多孔氧化锡纳米纤维膜.使用SEM表征了纤维膜的微观形貌和尺寸,利用X射线衍射仪(XRD)研究了焙烧温度对晶粒尺寸的影响,利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重和差热同步仪(TGA-DTA)及拉曼光谱仪(Raman)等研究了纤维膜的分子结构变化、热稳定性和物相结构.研究结果表明,固定两喷丝头间距15.0 cm、流速0.5 mL/h、电场强度1.1～1.4 kV/cm时,可以电纺出表面光滑、直径均一的纳米纤维膜;经900℃焙烧制备得到晶粒尺寸约12.27 nm的四方相金红石型晶体结构的氧化锡纤维膜.     

电纺Co掺杂碳纳米纤维的制备及其吸波性能

采用静电纺丝法和后续的热处理工艺制备不同浓度Co纳米粒子掺杂的碳纳米纤维。通过差热-热重(DSC-TGA)仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、矢量网络分析仪(VNA)对复合碳纳米纤维的热稳定性、物相、微观结构、电磁参数进行表征,并对其微波吸收性能进行研究。结果表明:当炭化温度为800℃时,复合纳米纤维结晶度适中,无定形碳部分转化为石墨相碳,CoAc_2全部被炭化还原为面心立方结构的金属Co纳米粒子,且纤维形貌完整,有串珠状结构存在于纤维网络之间;掺杂后碳纤维电磁性能得到明显改善,当掺杂量为7%(质量分数),涂层厚度为1.5mm时,有效吸收带宽达到最大,为4.5GHz,相比于纯碳纳米纤维,吸波性能得到显著提升。