生物质基碳气凝胶制备及应用研究

生物质材料成本低廉、碳源丰富,是碳气凝胶制备中最经济、环保和可持续性的原料。生物质基碳气凝胶展现出密度低、弹性高、比表面积大和导电性好等优异特性,有望广泛应用于电化学储能器件和吸附净化等领域。综述了生物质基碳气凝胶,如纤维素碳气凝胶、木质素基碳气凝胶、生物质衍生物基碳气凝胶以及碳气凝胶复合结构材料的制备工艺,总结了生物质基碳气凝胶在吸附和电化学等领域的应用研究。最后,分析了大规模制备结构均一和性能优良的生物质基碳气凝胶面临的机遇与挑战。     

钯掺杂碳气凝胶的制备及表征

采用溶胶-凝胶合成、离子交换、溶剂交换、CO2超临界干燥技术制备了2,4-二羟基苯甲酸钯-甲醛有机气凝胶,并经1050℃高温碳化处理得到其碳气凝胶,获得了最高理论密度为21%、最低理论密度为2%的气凝胶,发现随着溶液浓度的降低和酸性的增强,气凝胶的凝胶时间延长.采用热重分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱对样品进行了分析,观察了掺钯前后其断面形貌,掺钯后碳气凝胶中除具有碳的微晶外,还具有明显的晶体峰.     

碳/掺杂碳气凝胶及其研究进展

经溶胶-凝胶、超临界干燥和高温碳化过程制备的碳气凝胶及通过掺杂获得的掺杂碳气凝胶是一种新型的轻质纳米多孔材料,具有许多优异的性能和广阔的应用前景.介绍了溶胶-凝胶法的反应机理,综述了碳/掺杂碳气凝胶的制备方法、发展现状,指出了目前存在的问题并提出了新的可行的制备掺杂碳气凝胶的方法.     

V掺杂对Ni-Co-S/细菌纤维素基碳气凝胶电催化性能的影响

本研究以细菌纤维素基碳气凝胶(CA)为载体材料,通过水热法制备了Ni-Co-S/CA复合气凝胶,掺入钒元素调控材料的微观结构和性能。研究结果表明:Ni-Co-S的主要物相为NiCo2S4,次相为NiS2。随着镍钴盐浓度的增大,负载量增加,电催化峰电流密度先升后降。当镍钴盐浓度较低时,掺微量钒后, Ni-Co-S从结晶度较高的球形颗粒转变成低结晶度的方形微粒,电催化活性和稳定性都得到改善。在0.01 mol/L镍钴盐溶液中掺入3mol%V,制备的电极对甲醇具有最优的催化氧化性能,与不掺V的样品相比,其峰电流密度(78.18mA/cm2)提升了至少45.7%。Ni-Co-S/CA复合气凝胶电极具有轻质、高孔隙率等优点,有望用于便携式直接甲醇燃料电池。     

添加过渡金属元素碳气凝胶的制备及性能

以间苯二酚(R)、甲醛(F)为原料,(R/F)摩尔比为1:2,通过掺杂一定量的硝酸铁或硝酸镍以改善碳气凝胶的结构与性能.用BET,XRD和SEM对碳气凝胶结构进行表征,结果显示样品同传统碳酸钠作为催化剂所得层状形貌结构有明显不同,样品中均含有球状颗粒,且掺杂硝酸铁的样品表面更粗糙,掺杂Ni2+所得碳气凝胶的比表面积高达441.8m2/g.电化学测试结果表明,掺杂Ni2+样品的比电容数值比掺杂Fe3+样品的和传统碳酸钠为催化剂所得碳气凝胶的来得更高,可达227.3F/g,其电化学性能较优.     

纤维素碳气凝胶的制备、性质及应用

纤维素碳气凝胶是一种新型多孔碳材料,具有比表面积高、亲油疏水、回弹性高、导电性优异等优点,在吸附、电化学、电磁屏蔽、传感器、催化剂载体、智能穿戴等领域具有广阔的应用前景。首先介绍了纤维素的性质及种类,阐述了纤维素碳气凝胶的制备流程如溶胶-凝胶、干燥成型、碳化、活化等工艺过程,总结了纤维素碳气凝胶的独特性质,介绍了现有的应用研究成果,最后提出了纤维素基碳气凝胶未来发展的挑战与趋势。     

碳气凝胶的制备及其电除盐性能的研究

在常压条件下通过溶胶-凝胶法和碳化、活化工艺制备碳气凝胶材料.用SEM和BET比表面积测量等手段对材料的表面形貌和微观结构进行分析表征,通过循环伏安法对材料的电化学性能进行研究.联系材料的微观结构和电化学性能,对碳气凝胶的电除盐过程和除盐机理进行了研究和分析,发现碳气凝胶是一种具有很大应用潜力的多孔电极吸附材料.     

有机气凝胶和碳气凝胶的研究与应用

有机气凝胶与碳气凝胶是国际上近年来相继研制成功的新型纳米多孔性材料。介绍了有机气凝胶与碳气凝胶的制备过程、基本性质及应用前景。     

氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及其结构表征

以间苯二酚和甲醛为反应前驱体,三聚氰胺为氮源,经溶胶-凝胶法制备出氮掺杂碳气凝胶(N-CA),并对其进行CO2活化,扫描电子显微镜(SEM)测试表明,经CO2活化后的氮掺杂碳气凝胶(N-ACA),其骨架结构发生较明显变化,孔尺寸明显减小;氮吸附数据表明,CO2活化能够较好地起到造孔的作用,N-ACA的比表面积高达4082m2/g;热重曲线(TG和DTG)说明CO2与N-CA的反应主要从650℃开始,当温度升至1150℃时失重速率达到最大,选取最适宜的活化温度范围为800～1000℃;X光电子能谱(XPS)和元素分析测试表明,与N-CA相比较,N-ACA具有的氮原子百分含量明显减少,但供电子能力较强的吡咯氮含量有所增加。     

Dyeing bacterial cellulose pellicles for energetic heteroatom doped carbon nanofiber aerogels

The energy crisis and environmental pollution are serious challenges that humanity will face for the long-term. Despite tremendous efforts, the development of environmentally friendly methods to fabricate new energy materials is still challenging. Here we report, for the first time, a new strategy to fabricate various doped carbon nanofiber （CNF） aerogels by pyrolysis of bacterial cellulose （BC） pellicles which had adsorbed or were dyed with different toxic organic dyes. The proposed strategy makes it possible to remove the toxic dyes from waste-water and then synthesize doped CNF aerogels using the dyed BC pellicles as precursors. Compared with other reported processes for preparing heteroatom doped carbon （HDC） nanomaterials, the present synthetic method has some significant advantages, such as being green, general, low-cost and easily scalable. Moreover, the as-prepared doped CNF aerogels exhibit great potential as electrocatalysts for the oxygen reduction reaction （ORR） and as electrode materials for supercapacitors.     

负载Ni炭气凝胶的制备及结构性能研究

以间苯二酚、甲醛为原料,添加适量的十二烷基苯磺酸钠,再加入不同浓度的乙酸镍溶液,在85℃水浴中聚合;经溶胶-凝胶、溶剂置换、常压干燥和1000℃氮气气氛下热解,得到负载不同含量金属Ni的炭气凝胶.利用透射电镜(TEM)、扫描电境(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积及孔径分析(BET)和直流充放电测试等手段,对比讨论了负载不同含量金属Ni对炭气凝胶的结构和性能的影响.结果表明,这种方法可以均匀地将Ni纳米粒子分散于炭气凝胶中;适量的金属Ni可使发气凝胶的比表面积及充放电性能得到显著提高;如负载Ni含量过高则炭气凝胶石墨化程度增加.     

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。     

炭气凝胶负载Pt基催化剂的制备及其甲醇氧化催化性能

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料,制备R-F炭气凝胶(RF-CAs).继以后者为载体采用浸渍还原法制备铂基催化剂Pt/CA,并比较其与由相同负载工艺制得的以Vulcan XC-72为载体的铂基催化剂Pt/XC72的催化甲醇氧化反应的性能.结果表明,前者具明显高的甲醇氧化催化活性,显示CAs是一种极具潜在竞争力的燃料电池催化剂载体材料.     

Carbon-Doped Nickle Via a Fast Decarbonization Route for Enhanced Hydrogen Oxidation Reaction in Alkaline Media

Nickel (Ni) based materials with non-metal heteroatom doping are competitive substitutes for platinum group catalyst toward alkaline hydrogen oxidation reaction (HOR). However, the incorporation of non-metal atom into the lattice of conventional fcc phase Ni can easily trigger a structural phase transformation, forming hcp phase nonmetallic intermetallic compounds. Such tangle phenomenon makes it difficult to uncover the relationship between HOR catalytic activity and doping effect on fcc phase Ni. Herein, taking trace carbon doped Ni (C-Ni) nanoparticles as an example, a new nonmetal doped Ni nanoparticles synthesized by a simple fast decarbonization route using Ni₃C as precursor is presented, which provides an ideal platform to study the structure-activity relationship between alkaline HOR performance and non-metal doping effect toward fcc phase Ni. The obtained C-Ni exhibits an enhanced alkaline HOR catalytic activity compared with pure Ni, approaching to commercial Pt/C. X-ray absorption spectroscopy confirms that the trace carbon doping can modulate the electronic structure of conventional fcc phase nickel. Besides, theoretical calculations suggest that the introducing of C atoms can effectively regulate the d-band center of Ni atoms, resulting in the optimized hydrogen absorption, thereby improving the HOR activity.     

新型反应体系酚醛气凝胶的制备与表征

采用地衣酚（又称5-甲基间苯二酚,MR）——糠醛这一新的反应体系,用氢氧化钠作催化剂（C）,通过溶胶-凝胶工艺制备出了酚醛气凝胶.通过扫描电镜、比表面和孔径分析仪等仪器详细研究了工艺参数与气凝胶的骨架结构及孔结构的关系.结果表明：反应物质量含量对气凝胶骨架颗粒大小的影响较其他因素要大,而孔径分布则受反应物质量含量及酚与...     

聚合物改性SiO_2气凝胶的常压干燥制备及表征

以TEOS（四乙氧基硅烷）和APTES（3-氨丙基三乙氧基硅烷）共缩聚制备SiO2凝胶后采用N3200（1,6-环己烷二异氰酸酯低聚物）对其改性,经常压干燥制备了聚合物改性SiO2气凝胶。采用TGA、N2吸附-脱附、SEM和单轴抗压实验等测试方法对所制备的气凝胶进行了表征。结果表明：随气凝胶中聚合物含量的增加,气凝胶制...     

炭气凝胶在电化学能源材料中的应用研究进展

炭气凝胶是一种新型、轻质、多孔的非晶态纳米材料,具有在纳米尺度可控和剪裁的连续三维网络结构.简单介绍了炭气凝胶的制备工艺,详细综述了炭气凝胶在电化学超级电容器、燃料电池和锂离子电池等电化学能量储存与转换系统中的主要应用研究进展.     

Studies on the adsorption of reactive brilliant red X-3B dye on organic and carbon aerogels

Organic aerogels (AGs) and carbon aerogels (CAs) as adsorbents were successfully fabricated by a sol-gel polymerization method. The BET specific surface area and pore size distribution of the samples were analyzed by N(2) adsorption measurements. The adsorption efficiency of prepared samples towards reactive brilliant red X-3B dye (RBRX) was investigated. The adsorption of dye was found to follow the Langmuir and Freundlich models. The thermodynamic parameters, such as the change of free energy, enthalpy and entropy were calculated from equilibrium constants. Kinetic studies indicated that the adsorption of CA followed pseudo first and second order kinetic model, but the adsorption of AG only followed pseudo first order kinetic model. Batch adsorption studies were conducted to evaluate the effects of main preparation and adsorption conditions such as R/C (molar ratio of resorcinol (R) to surfactant (CTAB)) of adsorbent, pH, adsorbent dose and adsorbent particle size on the adsorption of RBRX on AG and CA. The results showed that the adsorption capacity of dye increased with the decrease in dose and particle size of the adsorbent. Maximum adsorption of AGs and CAs was observed at R/C=200. The adsorption capacity of AG and CA would increase largely when pH<4 or pH>12.     

超临界石油醚干燥和超临界二氧化碳干燥在制备有机和炭气凝胶中的比较研究

热固性酚醛树脂—羟甲基三聚氰胺经历聚合反应、溶胶—凝胶、超临界干燥和裂解过程生成了有机和炭气凝胶。比较了超临界石油醚干燥(240℃、6．0MPa下1h)和超临界二氧化碳干燥(60℃、10．0MPa下7d)在制备有机和炭气凝胶过程中的作用。结果发现：超临界石油醚干燥时间比超临界二氧化碳的显著短，虽然前者制备的有机气凝胶的BET比表面和中孔孔容比后者小，但前者制备的有机气凝胶在热裂解过程中的热稳定性比后者好，因此，超临界石油醚干燥制备的炭气凝胶的BET比表面和中孔孔容均比超临界二氧化碳的大。超临界石油醚干燥可以替代超临界二氧化碳干燥来制备炭气凝胶。