水热组装法制备碳纳米管网状支撑氮掺杂多孔碳材料及其储能特性研究

采用水热组装法制备了碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合电极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、N2吸附-脱附(BET)和X射线光电子能谱(XPS)表征了复合材料的微观形貌和结构;并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的储能特性。结果表明,水热组装法成功地合成了具有高比表面积(1 039m~2/g)的碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合材料。并且该复合材料表现出优异的储能特性,在1A/g下,其比电容高达261F/g,远远高于氮掺杂多孔碳(214F/g)和碳纳米管(109F/g)的比电容;在功率密度为10 500 W/kg下其能量密度仍为53.75 Wh/kg。     

铁/氮共掺杂石墨烯的制备及氧还原催化活性

为提高直接甲醇燃料电池(DMFC)的氧还原反应动力学,减少商用Pt/C催化剂的使用,本工作提出将铁/氮共掺杂石墨烯(Fe/NG)作为DMFC的氧还原催化剂,并研究了Fe/NG的制备方法和催化活性。首先,通过水热法处理吸附有铁离子的聚苯胺/氧化石墨烯,并分别在700℃、800℃和900℃对其进行热处理,得到Fe/NG-700、Fe/NG-800和Fe/NG-900三种催化剂。然后,采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对三种Fe/NG催化剂进行表征,确定了铁元素以铁单质和四氧化三铁两种形式存在,氮元素以吡啶氮和石墨氮为主。最后,在氧饱和的0. 1 mol/L KOH碱性体系中,采用循环伏安法(CV)、旋转圆盘电极(RDE)、旋转环盘电极(RRDE)研究了三种Fe/NG催化剂的ORR催化机理,证明Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900催化四电子过程中,双氧水产率保持接近0。Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900具有与20%Pt/C相当的催化活性和循环稳定性,更优异的抗甲醇毒化能力,是一种潜在的直接甲醇燃料电池催化剂。     

氮/磷双掺杂聚吡咯基多孔碳的制备和电容特性

以聚吡咯为碳源,通过一步碳化-活化法制备了氮/磷双掺杂分级孔结构的多孔碳。在6mol/L KOH和1mol/L Na2SO4电解液中研究了所制备多孔碳的电化学电容性能。研究表明,活化后的碳材料A-Z0比表面积高达1 433m~2/g,总孔体积为0.96cm~3/g,氮和磷元素的含量分别为1.78%和0.24%,证明A-Z0为氮/磷双掺杂的高比表面积的多孔碳。由于高的比表面积、分级孔道结构以及氮/磷官能团的协同作用,A-Z0材料表现出较为优异的电化学特性。在电流密度为0.5和30A/g时,其比电容分别达到209.3和176F/g,显示出高的比电容和倍率特性。此外,该材料也显示出优异的循环稳定性(4A/g下循环10 000圈后电容保持率为98%)。在中性电解液中,A-Z0组装成的对称两电极电容器呈现出高的能量密度(13.3 Wh/kg),表明该材料在超级电容器等领域具有潜在应用前景。     

自组装合成金属-氮共掺杂多孔碳球及电催化氧还原性能研究

通过无模板自组装法与自牺牲制孔方式相结合,制备金属-氮(M-N)原位共掺杂的多孔碳球材料(M/N-CS,M=Cu、Fe或Ni)。该方法通过二苯碳酰二肼、金属离子与糠醛自组装形成聚合物球,在碳化过程中球体中不稳定的含氮微区分解形成多孔结构,同时原位形成具有高催化活性的M-N_X活性位点。通过控制金属源和多重反应条件,既能保证碳化阶段碳球结构的稳定,又可实现材料的孔隙率、孔径及形貌的灵活变化。利用SEM、TEM、XRD、物理吸附及XPS测试分别对材料的结构和掺杂进行分析。所得材料用于电催化氧还原测试,其中Fe/N-CS材料的催化反应初始电位和半波电位分别为0.91V和0.79V(vs.RHE),并以4e^-转移方式进行反应。同时,催化材料表现出远高于商业Pt/C催化剂的稳定性与耐甲醇性。     

氮掺杂多孔碳材料的制备及其吸附性能研究

采用细乳液聚合法制备了聚丙烯腈(PAN)微球,以其作为氮掺杂多孔碳材料(NPC)的前驱体,经ZnCl_2溶液浸渍后,分别在450℃、600℃和700℃这3个不同温度下碳化制得多孔碳材料NPC-H450、NPC-H600和NPCH700。采用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和N_2吸附-脱附等方法对样品进行表征。研究了NPC对CO_2和Cu~(2+)的吸附性能。结果表明:所制备的多孔碳材料NPC-H450、NPC-H600和NPC-H700的比表面积大,分别为1114m~2/g、1644m~2/g和931m~2/g;氮含量高,质量分数分别为11.33%、12.12%和13.35%。制备的NPC对CO_2及Cu~(2+)均有良好吸附的性能。在0℃、1atm条件下,NPC-H450对CO_2的吸附量为3.40mmol/g,NPC-H700在常温下对Cu~(2+)24h的吸附量可达62.88mg/g。     

氮掺杂碳纳米片负载Fe-Co-Pt复合材料的制备及其氧还原电活性

制备高活性和高稳定性的电催化剂复合材料一直是燃料电池与金属-空气电池的重要研究内容.以双氰胺作为碳氮源,通过酞菁钴和二茂铁提供金属纳米颗粒,对其混合物进行简单的高温热解得到负载铁钴合金的氮掺杂碳纳米片(Fe1-Co1-N/C);最后利用沉积法将少量铂引入到Fe1-Co1-N/C上,得到负载铂铁钴三金属合金的氮掺杂碳纳米...     

氮掺杂石墨烯@碳纳米纤维的原位制备及其电催化氧还原性能

结合静电纺丝和热处理技术, 在含钴碳纳米纤维上原位生长了氮掺杂石墨烯, 制备了三维互通纤维网结构。研究了钴含量对产物氧还原活性的影响。结果表明: 氮掺杂石墨烯的生成和钴的引入均显著提高了电催化活性。纺丝液中六水合硝酸钴与聚丙烯腈的质量比为1: 10时, 获得的催化剂活性最优, 起始电势为0.84 V(vs RHE), 反应为近四电子路径, 具有比铂碳更好的稳定性和耐甲醇毒化能力。三维互通结构促进了电子和质子传输, 并能提供更多的活性位点, 提高电催化活性。这种方法也可用于设计其它三维互通的纤维复合物, 在能源与环境领域具有更广泛的应用前景。     

Co-Ni@N-C/多孔碳复合材料的制备及电磁特性

以制备的多孔碳为基材,采用热还原法通过原位生长制备轻质化Co-Ni@N-C/多孔碳复合材料,研究了多孔碳的添加量对样品电磁波吸收性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)对样品的相结构、组分和微观形貌进行表征。通过矢量网络分析仪对样品在2～18 GHz频段内的电磁参数进行测试,并根据传输线理论分析了样品的电磁波吸收性能。结果表明：以多孔碳为基材制备的Co-Ni@N-C/多孔碳样品,当多孔碳含量占原材料总质量的2.7%时,样品具有良好的电磁波吸收性能,最大反射损耗值为-57.74 dB(15.12 GHz, 2.35 mm),最大有效吸收带宽为5.14 GHz(12.86～18 GHz, 2.25 mm),基本覆盖整个Ku波段。     

生物质多孔碳的制备、掺杂及应用

生物质多孔碳是一种绿色、廉价、来源广泛、理化性质易于调控的可再生能源,在能源与环境修复等领域具有广泛的应用潜力和前景。主要介绍了目前常用于制备生物质多孔碳材料的主要方法、活化方法以及掺杂方法。在此基础上,综述了生物质多孔碳材料在多相催化、超级电容器、吸附、电极材料以及微波吸收等方面的研究进展,并对未来的发展趋势进展了总结和展望。     

ZIF-9基氮硫掺杂的多孔碳制备及其表征

以类沸石咪唑酯骨架结构材料Co(bIm)2(ZIF-9)为前躯体,在氮气氛围中进行700℃热解,得到了掺杂氮的多孔碳材料Co/C-700。利用原位掺杂,同时高温碳化ZIF-9和硫粉,在同样条件下合成氮-硫双掺杂的多孔碳材料CoS/C-700。对合成材料Co/C-700和CoS/C-700进行了表征,显示了样品的成功合成。同时研究了Co/C-700和CoS/C-700作为修饰碳糊电极材料在碱性电解液中的电化学性质,Co/C-700和CoS/C-700具备良好的电化学可逆性,可作为电极材料。     

碳化铁/氮掺杂碳纳米粒子的制备及其电化学析氢性能

发展环境友好和成本低廉的析氢催化剂对于可再生能源技术具有重要意义。采用二茂铁和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,通过简单的水热法结合尿素辅助下的高温热解合成碳化铁/氮掺杂碳(Fe_3C/N-C)的复合纳米粒子。重点比较了不同热解温度对所制备的复合纳米粒子的成分、微观结构以及电催化析氢性能的影响。结果表明,在800℃热解温度下获得的Fe_3C/N-C在碱性电解液中具有最好的催化活性,其过电位为211 mV(电流密度为10 mA/cm~2),塔菲尔斜率仅137 mV/dec,优于其他热解温度下获得的样品,且该样品连续工作10 h后催化活性未见明显衰减,展现了良好的耐久性。该工作将为过渡金属碳化物和氮掺杂碳的复合结构调控提供新思路,同时为发展高效廉价的非贵金属电催化剂提供技术支撑。     

氮掺杂洋葱状纳米碳球的制备与表征

以碳化钙和谷氨酸为原料,通过反应釜一步法在300℃下制备氮掺杂洋葱状纳米碳球,并改变反应物量来调控碳球的尺寸和结晶度。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、比表面积测试仪、X射线光电子能谱仪和元素分析仪对所得产物进行表征。结果表明,采用反应釜法能够成功掺杂氮原子进入碳原子晶格中。改变反应物摩尔量能够得到不同形貌的碳球,当碳化钙与谷氨酸的反应物摩尔比为3∶1时,得到尺寸为30～50 nm的洋葱状碳球;增加谷氨酸的摩尔量易于得到直径为60～100 nm的实心无定形纳米碳球;而增加碳化钙的摩尔量,同样得到洋葱状碳球,但结晶程度提升。反应过程中,谷氨酸不仅能够作为反应的引发剂,还能作为氮源和碳源,其热解形成的五元环化合物在碳球形成的过程中起到重要作用,为弯曲石墨片层的形成提供曲率,有利于洋葱状结构的形成。     

电弧放电制备氮和金属元素掺杂的碳纳米颗粒

在进气口氮气为800℃条件下,采用直流电弧放电方法制备了具有特殊结构的掺杂氮和金属元素的碳纳米颗粒(CNPs).高分辨透射电镜(HRTEM)表征结果显示,此种CNPs中有许多弯弯曲曲的空隙或孔道,整体犹如缠绕的线团.实验发现这种CNPs在乙醇、丙酮以及蒸馏水中均可以形成稳定的悬浮液(浓度小于0.5wt%),在蒸馏水中形成的悬浮液的电导率随温度升高而增加的趋势明显增强.     

钴,氮共掺杂多孔炭用于高性能氧还原电催化剂

钴和氮共掺杂炭催化剂(Co-NC),由于成本低廉和资源丰富而备受关注,但其低的氧还原反应(ORR)活性和对氧气的双电子(2e-)还原生成H2O2的高选择性,进一步影响了其在燃料电池中的应用.因此,Co-NC催化剂是通过在650、750和850℃下热解CoCl2和壳聚糖的混合物(用ZnCl2预处理),然后用HNO3洗涤并...     

氮掺杂ZnO纳米阵列的制备和电学特性

采用化学气相沉积 （CVD） 法,以高纯ZnO和活性C混合粉末为原料,以NH3为掺杂气体,在Si （111）衬底上制备了N掺杂的ZnO纳米线阵列,用X射线衍射仪 （XRD）、扫描电镜 （SEM）、拉曼光谱对样品进行分析,结果表明, 氮气的掺杂过程对生长N掺杂的ZnO纳米线阵列有一定的影响。除此之外,N掺杂的ZnO纳微米p-n结被合成,表现出很明显的整流特性。     

孔径可控纳米多孔玻璃的制备及性能分析

本文论述了采用Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃制备孔径可控纳米多孔玻璃的方法,采用SEM、BET和DTA等测试手段分析了纳米多孔玻璃介质的微观结构和相关性能,研究了工艺参数对多孔玻璃孔径的影响,制备出孔径可控纳米多孔玻璃介质,为研制高密度空穴点阵生物芯片载体材料奠定了基础.     

铁氮共掺杂介孔碳材料的简易制备及其氧还原反应催化性能

氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程,其自发反应进程缓慢,对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题,因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MC_M),再把获得的MC_M与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC_MT)。该方法热解条件简单,无需模板剂和NH₃、HF等有毒物质。由于MC_M含有较高的氮和氧元素,有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力,通过MC_M和铁盐制备出的Fe-N/MC_MT含有丰富的、催化ORR的Fe-N_x活性位点,其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V(vs RHE),比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16...     

氮掺杂多孔碳负载铜钴纳米复合材料的制备及其电催化性能EI北大核心CSCD

先以ZIF-8作为前驱体采用简单的高温炭化法制备出氮掺杂多孔碳纳米多面体(NPC),再通过一步化学还原法将铜和钴颗粒负载到多孔碳上,成功制备出Cu@Co/NPC纳米复合材料。运用X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜和X射线光电子能谱等手段对复合材料进行表征,将该复合材料修饰到玻碳电极表面上,研究其对肼的电化学响应。结果表明,Cu@Co/NPC纳米复合材料发挥出协同作用,从而对肼展现出比单一组分修饰电极更优异的电催化作用。在优化的实验条件下,复合材料修饰电极与肼的浓度在5~1850μmol/L范围内呈良好的线性关系,检测限达0.08μmol/L。此外,该复合材料修饰电极测定肼的稳定性、重现性以及选择性均较好,已被成功用于环境水样中肼的检测,结果令人满意。