不同晶型结构纳米ZrO_2的稳定化制备

采用共沉淀法制备了室温稳定存在的不同晶型纳米ZrO2粉体,用X射线衍射(XRD)、激光拉曼散射(Raman)、N2物理吸附、透射电镜(TEM)和动态光散射技术(DLS)等手段对其晶型结构、晶粒尺寸、比表面积和粒度分布进行了表征,研究了煅烧温度和改性剂掺杂量对晶型结构的影响。结果表明,无掺杂前驱体在850℃煅烧可得到m-ZrO2纳米粉体,比表面积为35.17 m2/g,晶粒尺寸为51.3nm;煅烧温度为600℃,Y2O3掺杂量为4.5%(摩尔分数)时纳米粉体的晶型结构为t-ZrO2,比表面积为39.01 m2/g,晶粒尺寸为19.2nm;煅烧温度为600℃,Y2O3掺杂量为8.5%时可得到比表面积为46.53 m2/g,晶粒尺寸为12.7 nm的c-ZrO2纳米粉体。     

多元醇法合成高比表面积纳米碳颗粒

提出了一种多元醇法敞开体系下制备具有高比表面积的非晶态纳米碳颗粒的方法.以三甘醇作为高沸点溶剂溶解溴化铵,将溶解有二茂铁的无水乙醇在200℃有氧气氛下滴入三甘醇中,利用溴化铵与二茂铁在溶剂中反应制备尺寸均匀的纳米碳颗粒.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附等温线对纳米碳颗粒的微观结构进行了表征.结果表明碳颗粒近似为等轴状,尺寸分布在30～70nm之间,是完全的非晶态结构,比表面积为578.68m2/g,孔容为0.39cm3/g.反应物在三甘醇中的均匀溶解、反应是生成尺寸均一的纳米碳颗粒的主要因素.     

燃烧法制备ZnO纳米粉体及Pr系ZnO压敏陶瓷

以Zn(NO32)和NH2CONH2为原料,通过燃烧法合成纳米ZnO粉体。用X射线衍射、扫描电镜、比表面积分析手段对所制备粉体的性能进行了表征。结果表明,制备的纳米氧化锌为纯相六角纤锌矿结构。在三种反应模式中,当φ=0.85(贫燃比,SCS)时,晶粒尺寸为41.5nm,其比表面积为0.849m2/g;当φ=1.67(化学计量比,VCS)时,晶粒尺寸为36.6nm,其比表面积为0.516m2/g;当φ=2.8(富燃比,SHS)时,晶粒尺寸为30.5nm,其比表面积为4.068m2/g。燃烧法制备的Pr系ZnO压敏陶瓷在1250℃烧结2h后,其电性能优异,晶粒尺寸约为3.5μm,压敏电压(VlmA)为5470V/cm,非线性系数(α)为27.84,漏电流(IL)为11.5μA。     

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。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯制备多孔碳及其电容性能研究

利用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为碳源,磷酸为活性剂,采用高温法制备多孔碳(PC),并用不同浓度的硝酸对多孔碳进行氧化改性。用氮气(N2)吸附和傅里叶红外光谱对材料进行结构表征,以恒流充放电和循环伏安法研究所得材料的电容性能。实验结果表明:当PET与磷酸质量配合比为1∶2,900℃炭化时,PC比表面积达1087.4m2/g,孔径3~6nm;经60%(wt,质量分数)硝酸改性后多孔碳(PC-0.60N)的比表面积为872.4m~2/g。当扫描速度为5mV/s时,PC的比电容为188.7F/g,PC-0.60N的比电容达到365.3F/g,经过3000次循环,PC-0.60N的比电容量保持81.4%。     

棉纤维基活性碳纤维的制备及表征

以棉纤维为前驱体,经聚磷酸铵(APP)浸泡,预氧化和碳化制备棉纤维基活性碳纤维。研究APP浓度、预氧化温度和时间等条件对活性碳纤维形貌、孔径和得碳率的影响。热重结果表明:经APP浸泡后,棉纤维的热裂解温度向低温方向移动,失重率大大降低。扫描电镜结果表明:经预氧化和碳化处理后,纤维未发生粘连和严重断裂,纤维形貌并无发生改变。活性碳纤维大部分为微孔结构、孔径分布较宽。预处理温度为400℃、时间为60min、APP浓度为15%(质量分数)时,活性碳纤维得碳率最高达49.2%,比表面积为280.13m~2/g。     

复合氧化物负载型钙钛矿催化燃烧甲苯的载体效应

以CeO_2-TiO_2复合氧化物为载体,La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3为活性组分制备了负载型钙钛矿催化剂。并以TiO_2、CeO_2负载钙钛矿作为对比,考察了催化剂的活性。La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3/CeO_2-TiO_2的催化活性最高,起燃温度和完全转化温度分别为140和255℃,通过采用XRD、BET、SEM、NH_3-TPD、H_2-TPR等手段,探讨了载体的结构性质与催化剂活性的关系。结果表明,催化剂的孔结构、表面酸性和还原性是影响催化剂活性的主要因素。Ce、Ti复合之后,CeO_2-TiO_2主要以CeTi固溶体的形式存在,比表面积和孔容较大,催化剂表面酸性明显增强,从而使得钙钛矿在CeO_2-TiO_2的表面均匀分散,有效地改善了La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3/CeO_2-TiO_2催化剂的氧化还原能力,使催化剂活性增强。     

木棉基活性碳纤维的制备研究

用不同预氧化条件与不同活化温度制得新型木棉基活性碳纤维(ACF).应用N2吸附-脱附等温曲线对其表面孔结构进行表征.采用热重分析研究木棉纤维的活化过程和预氧化对于活化过程的影响.结果表明,制备木棉基ACF的最佳工艺条件是先在(NH4)2HPO4中进行浸渍,然后在空气中氧化,最后在650℃下活化.无论是否进行预氧化,该类活性碳纤维的平均孔径均约为2nm;预氧化处理会改变材料的比表面积,最佳条件下得到的纤维具有最大的比表面积(1518m2·g-1);热失重分析表明,预氧化使得(ACF)的热稳定性提高.     

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180℃,反应时间为16 h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18 nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45 nm。在可见光照射(λ>420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的TiO2。     

以一种新碳前驱体制备有序介孔碳及其表征

分别采用两亲性三嵌段共聚物F127、P123以及F127/P123复合物为模板剂,线性酚醛树脂/六亚甲基四胺固化物为碳源,利用有机-有机自组装法制备了具有二维六方结构和蠕虫状结构的介孔碳材料。采用FT-IR、XRD、TEM、低温N2吸附/脱附、TG和元素分析等方法表征了介孔碳的结构,研究了不同的模板剂对介孔碳结构的影响。结果表明,以F127为模板剂制备的介孔碳具有规则的二维六方结构,其比表面积、微孔表面积、孔容、孔径和孔壁厚度分别为670m2/g、368m2/g、0.40cm3/g、3.2nm和4.5nm。以P123为模板剂制备的介孔碳具有蠕虫状结构,其比表面积、微孔表面积、孔容和孔径分别为506m2/g、251m2/g、0.27cm3/g和3.0nm。以F127/P123复合物为模板剂制备的介孔碳的孔径相对于单一模板剂有所提高,其比表面积、微孔表面积、孔容和孔壁厚度均随着复合模板剂中F127质量分数的降低而降低。     

BiVO_4/rGO的水热控制合成及其光催化性能研究

以氧化石墨烯(GO)为模板,以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂,采用水热控制合成方法制备了矾酸铋/还原氧化石墨烯(BiVO_4/rGO)复合光催化剂。利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、UV-Vis和BET对BiVO_4/rGO复合光催化剂进行了表征与分析。结果表明,GO较大的比表面积有利于单斜相多面体结构的BiVO_4晶体在其表面的分散,BiVO_4颗粒尺寸约在80~100nm;BiVO_4/rGO的禁带宽度为2.21eV,低于BiVO_4的2.32eV,更利于电子和空穴的产生;BiVO_4的平均孔径为3.54nm,比表面积为12.17m2/g,而BiVO_4/rGO的平均孔径为4.32nm,比表面积为16.04m2/g;BiVO_4/rGO复合光催化剂对亚甲基蓝(MB)的降解在100min达到稳定,降解率为88.49%,而相同条件下的纯BiVO_4对MB的降解率为65.56%,BiVO_4/rGO复合光催化剂的活性更高的原因是rGO为电子受体为光生电子和空穴提供了转移通道,可以抑制电子和空穴的复合。     

低比表面积酚醛树脂硬碳的制备及电化学性能

以酚醛树脂为原料、正戊烷为发泡剂,采用发泡法制备了低比表面积的酚醛树脂硬碳。通过SEM、XRD、FTIR和N_2吸附/脱附等方式表征了不同发泡剂添加量下硬碳材料的表面形貌和结构,以金属锂为对电极制备纽扣半电池并测试了其电化学性能。结果分析表明:正戊烷质量分数为20%的硬碳比表面积为1.62 m~2·g~(-1),平均孔径为6.406 nm,(002)晶面层间距d_(002)为0.394 nm,二维碳层尺寸L_a为1.417 nm,平行层群尺寸L_c为2.602 nm,碳产率为45.05%;在50 m A·g~(-1)的电流密度下,其首次比容量达到318.7 m Ah·g~(-1),首次库伦效率为68.9%,并且表现出良好的循环稳定性能和倍率性能。     

大幅提高碳纳米管储氢容量的微观结构优化工艺

根据微孔填充和吸附理论,发现一种微观结构优化工艺,即通过“HNO3/HCl HNO3/HF 空气氧化”三步法处理碳纳米管,可以使管两端绝大部分封闭的端口打开,管平均内径由 5nm扩大到 20nm,管壁大大变薄,团聚的碳纳米管束成为独立存在的碳纳米管,比表面积提高约 2. 5 倍, 由 180. 5m2/g 提高到649.5m2/g,质量储氢分数提高约 7 倍,由 0.91%(质量分数)提高到 7.60%(质量分数),已超过美国能源车用储氢系统的标准。本研究表明碳纳米管的微观结构组织对其储氢性能有至关重要的影响。     

氧化铈空心球可控合成及其对Pt基催化剂电催化性能的影响

采用水热合成法, 以碳球为模板, 改变焙烧升温速率, 控制影响铈物种的扩散、渗透及碳球结构的收缩率, 制备了单、双壳层CeO₂空心球。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO₂/RGO催化剂, 研究了CeO₂空心球的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔径分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDAX)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对CeO₂及催化剂的微观结构进行了表征, 利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明: 单、双壳层CeO₂空心球的比表面积为124.44 m²/g、140.95 m²/g, 孔容为0.014427 cm³/(g·nm)、0.018605 cm³/(g·nm), 孔径分布在2~4 nm范围内。催化剂中的CeO₂保持原有的球状形貌, Pt纳米粒子主要分布在CeO₂附近; 当RGO∶CeO₂=1∶2时, 添加了双壳层CeO₂空心球的Pt-CeO₂/RGO催化剂的电催化性能最优, 电化学活性表面积为94.27 m²/g, 对乙醇氧化的峰电流密度值为613.54 A/g, 1000 s的稳态电流密度值为135.45 A/g。     

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%。     

HClO4氧化对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响

采用HClO4对石油焦进行氧化改性,按照碱碳比为3∶1的比例将改性石油焦活化成活性炭,产物标记为OAC-3.作为对比,按照碱碳比4∶1将石油焦活化成活性炭,产物标记为AC-4.采用XRD、I2吸附、N2吸附和循环伏安研究HClO4氧化对石油焦结构和产物活性炭性能的影响.结果表明,HClO4氧化将石油焦石墨微晶d(002)晶面层间距由0.344nm提高到0.353nm,同时将晶粒粒径由2.34nm减小到1.75nm.AC-4和OAC-3的比表面积分别为2 929和3 058m2/g,在0.5 mV/s的扫描速率下,其比电容分别为361.3和392.7 F/g;基于OAC-3的超级电容器具有更好的功率特性.     

HClO4氧化对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响（英文）

采用HClO4对石油焦进行氧化改性,按照碱碳比为3∶1的比例将改性石油焦活化成活性炭,产物标记为OAC-3。作为对比,按照碱碳比4∶1将石油焦活化成活性炭,产物标记为AC-4。采用XRD、I2吸附、N2吸附和循环伏安研究HClO4氧化对石油焦结构和产物活性炭性能的影响。结果表明,HClO4氧化将石油焦石墨微晶d(002)晶面层间距由0.344nm提高到0.353nm,同时将晶粒粒径由2.34nm减小到1.75nm。AC-4和OAC-3的比表面积分别为2 929和3 058 m2/g,在0.5 mV/s的扫描速率下,其比电容分别为361.3和392.7F/g;基于OAC-3的超级电容器具有更好的功率特性。     

高比表面积氧化钒气凝胶纳米材料的常压制备及表征

以氧化钒(V_2O_5)粉末、纯度30%的过氧化氢(H_2O_2)、乙醇为原料,采用溶胶-凝胶法和溶剂替换工艺,在常压条件下制备了高比表面积V_2O_5气凝胶纳米材料。借助扫描电子显微镜、透射电镜、红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射、比表面积以及热重分析测试技术对V_2O_5气凝胶的形貌及微观结构进行了系统表征。测试结果表明:经100℃热处理后的V_2O_5气凝胶纳米材料由直径20nm左右的纳米棒组成,呈三维网状结构,平均孔洞直径约18.7nm,比表面积为395m~2/g。     

高温自生压力法制备基于天然产物的碳及其复合材料

高温自生压力法(RAPET)是一种新型、简单而又高效的无机材料制备方法。以含水天然产物如甘薯、香菜和野藤等为前驱物,经冷冻干燥其骨架结构得以维持,然后通过RAPET法在700℃碳化,制得了保持天然物原有微观骨架结构的碳材料;以液态油脂花生油为原料,经RAPET法直接制得微米碳球;粘胶纤维和脱脂棉经RAPET碳化后能维持其原有纤维形貌;用钛酸丁酯(TBOT)和正硅酸四乙酯(TEOS)浸渍的脱脂棉和粘胶纤维,经RAPET法一步合成了C/TiO2和C/SiO2复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了产物的形貌,以比表面积及孔径分布测试仪对产物的比表面积和孔结构进行了表征,通过X射线衍射(XRD)研究了所得C/TiO2和C/SiO2复合材料的晶相特征。结果显示,所得产物比表面积从4m2/g到405m2/g不等,C/TiO2中TiO2晶相为锐钛矿型。     

石油焦氧化改性制备活性炭及其电容性能研究

采用水热法,利用H2O2对石油焦进行氧化改性,以KOH为活化剂,在碱碳比为3∶1时将改性石油焦制备成活性炭(OAC-3);作为对比,在碱碳比为3∶1、4∶1和5∶1时将未改性石油焦制备成活性炭(AC-3、AC-4和AC-5)。采用XRD、I2吸附、N2吸附和恒流充放电测试,研究氧化改性对石油焦和活性炭结构及性能的影响。研究表明,氧化改性使石油焦石墨微晶的晶面层间距由0.344nm增加到0.351nm,微晶厚度由2.34nm降低到1.86nm,降低了石油焦的活化难度。OAC-3和AC-4的比表面积分别为3066和2929m2/g;在0.2A/g的电流密度下,比电容分别为374.6和338.9F/g;基于OAC-3的超级电容器具有更好的功率特性和更低的内阻。