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。     

模板法合成多孔炭材料的研究现状

模板法为多孔炭材料的可控与定向合成开辟了一条新的技术途径,已成为近几年国内外材料制备领域的研究热点。介绍了模板法合成多孔炭的原理及其特征,综合分析了模板类型、炭前驱体的种类、合成工艺的特点,重点综述了微孔炭、介孔炭、大孔炭的模板合成,并展望了多孔炭材料的发展方向。     

以金属框架有机物为模板合成微孔炭及其对CO2的吸附性能（英文）

以金属框架有机物为模板,酚醛树脂为碳质前躯体,合成系列微孔炭。合成的微孔炭比表面积可达2 368 m2/g;在300 K常压条件下,该材料对CO2的饱和吸附量为2.9mmol/g。通过调节碳质前躯体的配比和老化时间,可以控制微孔炭的孔结构;在炭化过程中,挥发逸出的Zn也对基体碳发挥协同活化功能,进而使微孔炭的微孔含量提高。微孔炭对CO2的饱和吸附量随其比表面积的增加而增大。     

沸石矿模板制备多孔炭及其电性能研究

为降低模板法制备多孔炭的成本,使用一种天然沸石矿为模板来制备多孔炭。利用XRD、N2吸附和循环伏安法研究多孔炭的物相组成、孔结构和电化学性能。研究表明,所制备多孔炭的比表面积仅为411m2/g,但富含中大孔,并具有较宽的孔径分布;在1mol/L的H2SO4溶液中,1mV/s的扫描速度下,多孔炭的比容量为185F/g,扫描速度增加到500mV/s,其比容量保持率高达72%,比在相同条件下,比表面积2322m2/g的商业微孔活性炭的容量保持率23%高得多,且保持了良好的扫描曲线。     

熔盐法制备氮掺杂多孔炭及其催化脱硫性能

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 m²/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。     

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。     

葱叶一步法裂解制备多孔炭及其电容性能研究（英文）

以葱叶为炭前驱体,在不添加任何活化剂的条件下,炭化活化同时进行,制备了孔径分布主要集中于0.6~1.2nm和3~5nm之间的葱基多孔炭材料,并对其电容性能进行研究。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能量弥散X射线光谱(EDX)、火焰原子吸收光谱(FAAS)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和氮气吸脱附曲线等方法表征了葱基炭的形貌、成分、比表面积及孔径分布等性能;通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、恒流充放电(GCD)等电化学方法考察了材料的比电容和循环寿命等电化学性能。结果表明,葱叶中本身含有的微量矿物质如钙、钾等在其炭化的过程中同时起到了活化的作用。研究了不同温度下(600~800℃)制备的多孔炭的性能,发现800℃条件下制得的样品性能最佳,以微孔为主,介孔辅之,孔径为0.6~1.2 nm的微分孔隙体积达2.608 cm~(-3)/g/nm,3~5 nm的微分孔隙体积有0.144 cm~(-3)g/nm,BET比表面积为551.7 m~2/g,质量比电容为158.6 F/g,有效面积电容可高达28.8μF/cm~2。这表明孔径分布情况对多孔炭的电荷存储能力有很重要的影响,此法也为提高"有效面积电容"提供了思路。     

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%。     

碱炭比及活化温度对稻壳活性炭极微孔的影响

采用N₂吸附、CO₂吸附和热重红外联用等技术手段, 考察了在KOH活化稻壳炭的过程中碱炭比和活化温度对活性炭极微孔的影响。结果表明: 在不同碱炭比(0.6︰1~3︰1)和活化温度(640~780℃)下制备的稻壳活性炭, 极微孔主要分布在0.42~0.70 nm。当碱炭比增加时, 极微孔孔容先增大后减小; 而当活化温度升高时, 极微孔孔容呈降低趋势。极微孔率随碱炭比或活化温度的升高而单调递减。在活化温度为640℃、碱炭比为1: 1时, 可得极微孔孔容为0.149 mL/g、极微孔率达36.3%的微孔活性炭。活性炭的极微孔孔容与其在10⁴ Pa时的CO₂吸附量高度线性相关。     

清江河虾头胸甲基富氮/氧分级多孔叠炭片的制备及电化学性能

以废弃的清江河虾头胸甲为原材料,采用简便的一步二氧化碳炭化活化处理工艺,使头胸甲中的部分氮/氧元素以原位掺杂的形式保留,同时以头胸甲叠层中均匀分布的碳酸钙作为原位模板,快速制得富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片材料.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、激光拉曼光谱仪和比表面积测定仪等对样品进行了表征.结果显示,富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片具有相互贯通的"特大孔-大孔-介孔-微孔"多级孔道,并具有高的比表面积(1012.2 m2/g)和孔体积(0.975 cm3/g)、高的氮含量9.15％(质量分数)和氧含量26.0％(质量分数).基于这些独特的结构特征,头胸甲基叠层生物多孔炭展现出优异的电化学性能:在电流密度为0.5 A/g时,最高质量比电容高达380.2 F/g;当电流密度增加到10 A/g时,质量比电容仍有187.5 F/g,说明该电极具有较好的倍率性能.在10 A/g的充放电电流密度下循环5000次后,头胸甲基叠层生物多孔炭的容量保持率高达93.6％.优良的电容性能显示废弃的清江河虾头胸甲在超级电容器电极材料方面具有很好的应用前景.     

锂离子电池多孔硅/碳复合负极材料的研究

以商业化多晶硅粉为原料, 采用金属银催化剂诱导化学腐蚀的方法制得三维多孔硅材料。通过优化腐蚀条件, 得到孔径约为130 nm, 比表面为4.85 m²/g的多孔硅材料。将多孔硅和PAN溶液混合球磨并经高温烧结后在多孔硅表面包覆上一层致密的无定形碳膜, 从而制得多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池的负极材料。3D多孔硅结构可以缓解电化学嵌/脱锂过程中材料的体积效应, 无定形碳膜层可有效改善复合材料的导电性能。电化学性能测试表明, 该多孔硅/碳复合负极材料电池在0.4 A/g的恒电流下, 首次放电容量3345 mAh/g, 首次循环库伦效率85.8%, 循环55次后容量仍保持有1645 mAh/g。并且在4 A/g的倍率下, 容量仍维持有1174 mAh/g。该方法原料成本低廉, 可规模化生产。     

树脂基多孔碳孔结构对Cf/SiC复合材料连接性能的影响

连接技术是实现大尺寸以及复杂构型C_f/SiC复合材料制备及工程化应用的关键技术。本工作使用酚醛树脂作为碳源, 通过反应连接法实现了C_f/SiC复合材料的稳定连接, 研究了多孔碳坯的体积密度和孔径对接头连接性能和微观结构的影响, 讨论了惰性填料含量对接头连接性能和显微组织的影响。研究表明: 树脂基多孔碳素坯的体积密度和孔径分别选定在0.71~0.90 g·cm^-3和200~600 nm比较合适, 随着多孔碳素坯孔径增加, 游离硅尺寸逐渐增大; 当孔径为190 nm时, 连接件强度最大为(125±12) MPa。添加SiC惰性填料可以明显减小多孔碳素坯的体积收缩, 当SiC惰性填料质量分数为50%时, 连接件强度最高达到(216±44) MPa, 基本与基体材料强度相当。总体而言, 本研究为实现C_f/SiC复合材料稳定连接提供了理论指导, 对实现复杂形状或大型C_f/SiC复合材料的制备和工程应用具有重要意义。     

Preparation and photocatalytic property of porous CuO hollow microspheres via carbon sphere templates

Porous copper oxide (CuO) hollow microspheres have been successfully fabricated by using carbon spheres as templates. The products were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometry (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The influences of different experimental parameters on the morphology of CuO structures have been investigated in detail and the possible formation mechanism of porous CuO hollow microspheres has also been proposed. The specific surface area of the hollow spheres with 74.805 m2/g is measured by BET method. Barrett-Joyner-Halenda (BJH) calculations for the pore size distribution, derived from desorption data, reveal that the average pore radius is 8.56 nm, and the total pore volume (r = 1686.1 A, P/P0 = 0.994296) is 0.107257 cc/g. UV-vis absorption spectrum shows quantum size effect of porous CuO hollow microspheres. Furthermore, the porous CuO hollow microspheres exhibit high efficiency for photodegradation of a sample organic dye, Rhodamine B (RhB), under UV light.     

利用线性酚醛树脂制备有序介孔碳

三嵌段共聚物F127为模板剂,线性酚醛树脂为碳前驱体,采用溶剂挥发诱导有机-有机自组装法(EI-SA)制备了具有二维六方结构的有序介孔碳。利用FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等方法对有序介孔碳的结构进行了表征,研究了不同焙烧温度和模板剂用量对有序介孔碳结构的影响。结果表明,当模板剂的用量一定时,有序介孔碳的孔径、孔容和孔壁厚度都随着焙烧温度的升高而降低,但比表面积却随着微孔含量的增加而增大。随着模板剂用量的增加,介孔碳的有序性降低。有序介孔碳PF-2-500的比表面积、孔径、孔容、孔壁厚度和微孔比表面积比分别为583.82m2/g、3.05nm、0.31cm3/g、3.40nm和361.18m2/g,而有序介孔碳PF-1-500的比表面积、孔径和孔容相对于PF-2-500有所提高,分别为647.79m2/g、3.44nm和0.41cm3/g,但微孔比表面积和孔壁厚度分别降低为309.46m2/g和3.35nm。     

煤基球形多孔碳用于锂离子电池负极材料的性能研

因具有较短的锂离子扩散路径、大的比表面积等优势, 球形碳材料在锂离子电池负极材料中展露出良好的应用前景。研究以新疆库车产煤为原料, 采用电弧放电法及化学活化法制备出了具有多孔结构的煤基球形碳。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附法和恒电流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明, 在100 mA/g的电流密度下, 煤基球形多孔碳的首次放电比容量可达到1188.9 mAh/g, 远高于商业石墨负极372 mAh/g的理论比容量。此外, 该材料还表现出了良好的循环稳定性, 经历200圈循环后的放电比容量为844.9 mAh/g。煤基球形多孔碳优异的电化学性能得益于活化过程所产生的分级孔道结构能为锂离子提供更多储存空间, 从而提高了电极的容量及循环稳定性。     

KOH和ZnCl2活化剂对苎麻秆基活性炭微观结构的影响

以废弃苎麻秆为原料,通过KOH、ZnCl2活化及直接炭化三种方式制备样品。采用扫描电镜(SEM)、N2吸附等温线和X射线衍射(XRD)对碳质材料的微观骨架、孔分布和晶体结构进行分析。结果表明,样品微观形貌呈现多孔性。炭化样中含两种孔径大小的多边形孔道结构,且被一定厚度的孔壁隔开,孔壁上含有较多未通透的孔。基于吸附等温线及BET理论,KOH和ZnCl2样品比表面积分别为1194.22 m2/g和741.9 m2/g。ZnCl2活性炭总孔容为0.38 cm3/g,平均孔径为2.408 nm,与之相比,KOH样品总孔容变为1.5倍,平均孔径达1.911 nm。XRD研究表明,正是活化反应导致材料晶型变化,添加KOH使活性炭石墨微晶形成明显乱层结构,促进了微孔和中孔的形成。     

鼠李糖脂碳吸附剂的制备及其吸附性能的研究

以蔗糖和硅酸钠分别作为碳、硅凝胶的前驱体, 经溶胶-凝胶反应形成硅凝胶和蔗糖聚合物的混合网络结构, 高温炭化后将二氧化硅刻蚀去除, 制备了一种以中孔径为主的多孔碳材料, 其孔径可以通过反应条件的改变控制在8~25nm范围内, 经过扫描电子显微镜的观察以及低温氮气吸附等温线分析发现, 在蔗糖/硅摩尔比为0.33、溶胶pH值为3、凝胶温度为80℃、炭化温度为850℃时, 所制得的中孔碳BET表面积为597.63 m²/g、孔容及中孔率好, 对鼠李糖脂有良好的吸附性.     

Microstructure and properties of in-situ prepared cellulosic biomass carbon based diatomite composite

Cellulosic biomass carbon based diatomite composite powders are synthesised in situ via the hypoxia pyrolysis method, and the micro-structure, surface morphology and performance of the as-prepared samples are characterised. When the concentration of the diatomite increases, the carbonaceous structure of the composites is highly disordered, the surface functional groups increase, and the typical porous structure of cellulosic biomass carbon based porous diatomite composite is measured. The adsorption capacity of organic dyes onto biomass carbon composite is enhanced. As the composite has many pore channels in the mesoporous region (especially for 2～10?nm), porous diatomite with excellent hydraulic conductivity favours a conducting MB solution and improves the chemisorption performance (153.2?mg/g) of biomass carbon in the composite.     

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。     

纳米介孔氧化铝的制备工艺及性能

分别采用碳黑和十六烷基三乙基溴化铵作为模板剂,硝酸铝为前驱体,用溶胶-凝胶法合成介孔氧化铝.通过N2吸附一脱附、TG-DSC等测试手段对样品进行了对比分析表征.考察了两种不同模板剂对其晶体结构、比表面及孔径大小的影响.实验结果表明,相对于十六烷基三甲基溴化铵或碳黑做模板剂,采用十六烷基三甲基溴化铵和碳黑组成的复合模板剂可以合成较大的比表面积、孔径和孔容(分别为370m2/g、6.5nm和1.54cm3/g)的介孔氧化铝,而且具有较窄的孔径分布.