氧化前处理对炭气凝胶孔结构的影响

在110℃～170℃范围内对糠醛-酚醛基有机气凝胶进行氧化处理1h～7h,考察了氧化对有机气凝胶热裂解产生的炭气凝胶孔结构的影响.结果表明:氧化可避免有机气凝胶纳米骨架在裂解过程中的塑性阶段发生,有机气凝胶的适度氧化有利于纳米结构的稳定化;由于空气在大、中、微孑L中扩散的差别,氧化前处理对炭气凝胶的大、中、微孔有不同的影响,尤其对接近中孔的大孔影响最大.在所考察的氧化温度和时间内,130℃/7h时或150℃/3h时的适度氧化条件下,可显著提高中孔孔容、中孔比表面和BET比表面.     

RF炭气凝胶孔结构的控制及其电化学性能研究

考察了在以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料,碳酸钠(C)为碱性催化剂,通过溶胶.凝胶过程和常压干燥方法制备RF炭气凝胶过程中CO2活化对炭气凝胶孔结构的影响,并通过恒流充放电和循环伏安法测试其电化学性能.结果表明:CO2活化可明显提高炭气凝胶BET比表面积(SBET)和孔容(Vtotal).RF炭气凝胶在900℃下活化3h,SBET从未活化时的633m2/g提高到1271m2/g;相应的电化学测试结果表明,以1mA/cm2的电流充放电,其比电容可从未活化样的81F/g增加到172F/g;以30mA/cm2的电流进行充放电试验,活化样的比电容仍可达到131 F/g.     

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.     

氧化石墨烯/丝素蛋白凝胶结构及其性能研究

目前医用凝胶材料普遍存在力学强度较差及生物降解速度过快等问题。以蚕丝丝素蛋白(SF)凝胶为基础材料,加入氧化石墨烯(GO),并将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)作为交联剂制备SF/GO复合凝胶,旨在改善凝胶材料的力学性能,使其在保证复合凝胶材料应有的力学强度的同时,发挥丝素蛋白、氧化石墨烯的生物学效应及凝胶材料的多孔支架作用。实验结果显示,EDC的加入可以使得SF、GO共混形成稳定、均匀的无规卷曲结构,扫描电镜(SEM)显示SF/GO凝胶具有典型的多孔结构。GO的加入可以有效缩短复合材料的凝胶时间,同时复合凝胶材料的力学性能得到明显改善,其压缩强度提高40%以上。GO的加入还可明显延长材料的降解时间。基于SF/GO的复合凝胶在组织修复及再生领域具有较好的应用前景。     

常压干燥法制备的炭气凝胶的电化学性能研究

采用常压干燥法制备了炭气凝胶,对所制得的炭气凝胶进行了电化学性能的测试,并与日本进口的超级电容器用超级活性炭进行比较.实验结果表明,炭气凝胶具有优良的电容性能,电双层比电容量和高扫描速度下(100mV/s)的质量比电容量分别达到21μF/cm2和89F/g,高于日本进口超级电容器用超级活性炭.     

炭气凝胶及其有机气凝胶前驱体的吸附性能

间苯二酚和糠醛的醇溶液在六次甲基四胺催化下经溶胶-凝胶过程合成醇凝胶,常压干燥后得到有机气凝胶,经炭化获得炭气凝胶.利用TEM和N2吸附表征了炭气凝胶及其有机气凝胶前驱体的结构,并通过有机蒸汽吸附实验研究了气凝胶的结构-吸附性能关系.实验结果表明：有机气凝胶和炭气凝胶对极性有机蒸汽的静态饱和吸附量高于对非极性有机蒸汽的静态饱和吸附量;提高热处理温度,有利于气凝胶对低浓度极性有机蒸汽和各种浓度非极性有机蒸汽的吸附,但不利于对高浓度极性有机蒸汽的吸附;随着有机蒸汽浓度的提高,气凝胶对极性有机蒸汽的吸附量明显增大,但对非极性有机蒸汽的吸附量影响不大,仅略微上升.此外,气凝胶的室温脱附率高达60 %～85 %.     

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.     

有机/无机杂化制备低密度高中孔率炭气凝胶

通过溶胶-凝胶途径,将间苯二酚-甲醛预聚物和二氧化硅溶胶混合,在碱性溶液中制备出有机/无机杂化水凝胶.水凝胶经溶剂置换、超临界干燥、裂解和氢氟酸刻蚀制备得到炭气凝胶.采用氮气吸附法研究了水凝胶向炭气凝胶转化的结构演变规律.固定间苯二酚/甲醛摩尔比为0.5,二氧化硅溶胶浓度为15g/100mL,考察了二氧化硅胶体颗粒的尺寸及间苯二酚和甲醛浓度对炭气凝胶孔隙结构的影响.结果表明:无机二氧化硅溶胶骨架有效减少了有机物在超临界干燥和裂解过程中的体积收缩.中孔率随间苯二酚和甲醛浓度的升高而增加,孔隙率随二氧化硅溶胶粒子的增大而减小.当间苯二酚和甲醛质量分数之和的达到20%时,7nm二氧化硅溶胶体系的密度低达0.22g/cm3,中孔率达到96%,12nm二氧化硅溶胶体系的密度低达0.26g/cm3,中孔率达到98%.     

木质素酚醛基炭气凝胶的制备及电化学性能

以木质素、苯酚和甲醛为原料,NaOH为催化剂,溶胶凝胶法制备了木质素酚醛基有机凝胶,经CO2超临界干燥及高温炭化得到了炭气凝胶(LPCA)。采用扫描电镜(SEM)、比表面及孔结构分析仪表征了材料的结构,通过恒流充放电测试了炭材料的电化学性能。结果表明,制备得到的炭气凝胶以微孔和中孔为主,比表面积达356.6m2/g,首次放电比容量为583.94mAh/g,充放电循环30次比容量未见明显的衰减。     

各向异性壳聚糖/氧化石墨烯气凝胶的制备及吸附性能研究

通过定向冷冻干燥法制备了具有各向异性孔结构的壳聚糖(CS)/氧化石墨烯(GO)复合气凝胶(M.3CSG),以化学气相沉积工艺对其进行了硅烷化疏水改性,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、力学性能测试、吸附性能测试等手段对材料进行了表征测试。结果表明：M-CSG气凝胶具有各向异性的取向微孔结构,GO的加入提高了M-CSG气凝胶的力学强度。M-CSG气凝胶对多种油和有机溶剂均具有良好的吸附能力,对氯仿的最大吸附量可达62g/g,并在10次循环吸附-解吸后仍保持优异的吸附性能。M-CSG气凝胶作为一种可重复使用的绿色吸附材料在油品回收和环境保护方面具有很大的应用潜力。     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

酚醛基活性炭布的制备及电化学性能研究

以实验室自制的酚醛基纤维布为原料,以二氧化碳为活化剂制备了系列酚醛基活性炭布(Activated Carbon Cloths,ACCs),利用低温N2(77K)吸附法测定了所制活性炭布的孔结构,并将所制得活性炭布用做超级电容器电极材料,采用恒流充放电法和交流阻抗技术考察了所制模拟电容器的电化学性能(电解液:1 M(CH...     

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.     

玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究

以玉米芯为原料,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭。利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能。研究了脱灰对玉米芯活性炭孔结构及其电化学性能的影响。结果表明,在碱炭比3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,可以制备出比表面积为2019m2/g、总孔容为1.084cm3/g、中孔率为15.6%的高比表面积活性炭。玉米芯经脱灰处理可以显著改善其所制活性炭的孔隙发达程度和中孔分布,脱灰玉米芯活性炭的比表面积、总孔容及中孔率分别可达2311 m2/g、1.246cm3/g和26.0%。玉米芯活性炭电极材料在3mol/L KOH的电解液中具有良好的电化学性能,其比电容量可达253F/g。脱灰玉米芯活性炭电极的比电容量更高(可达278F/g),比电容提高9.9%,且内阻更小。     

三维多孔结构聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及电化学性能

以自制聚苯胺水凝胶和氧化石墨烯为原料采用原位聚合法和溶液灌注法制备三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合材料,然后在氢碘酸的还原下制备聚苯胺/石墨烯复合材料。采用红外光谱法、场发射扫描电子显微镜和热重分析法对制备的复合材料的结构、形貌和组成进行表征,并采用三电极测试方式对其电化学性能进行测试。结果表明,氧化石墨烯的掺入能有效防止聚苯胺和氧化石墨烯的团聚和堆叠问题,获得了具有良好三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合物;聚苯胺/氧化石墨烯复合材料被氢碘酸还原后,得到的聚苯胺/石墨烯复合材料的热稳定性有所降低,但其比电容和导电性等有了很大的提高,在电流密度为0.5 A/g时,PANI/GO和PANI/r GO的比电容分别为240.38 F/g和321.91F/g。     

羧基功能化和表面活性剂修饰对石墨烯电化学性能的影响

通过简单的两步溶液法对石墨烯进行羧基接枝和表面活性剂修饰, 并研究其电化学性能。研究结果表明, 与纯石墨烯(比电容50 F/g)相比, 表面活性剂本身并不能有效提高石墨烯的比电容(45 F/g), 羧基功能化可以将石墨烯的比电容提高至130 F/g。而羧基功能化和表面活性剂修饰双处理工艺能够将石墨烯的比电容提高到230 F/g, 且经800次充放电循环后其比电容仍然具有95%的保持率, 表明该材料具有良好的循环稳定性。因此, 调控石墨烯的表面化学特性对提高其电化学性能具有重要的意义。     

一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究

本研究以氧化石墨烯分散液(GO)和硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)为前驱体, 通过一步水热法制备自支撑三维还原氧化石墨烯/NiO复合电极材料(3D rGO/NiO)。用XRD和SEM等分析结果表明, 纳米NiO颗粒均匀分散在三维多孔石墨烯表面。当GO与Ni(NO₃)₂·6H₂O质量比为1 : 4时, 3D rGO/NiO在电流密度为1 A·g^-1 下比电容可达1208.8 F·g^-1; 当电流密度从0.2 A·g^-1增加到10 A·g^-1时, 复合电极材料电容保持率高于72.6%; 在电流密度为10 A·g^-1下进行恒流充放电循环测试10000次后, 其比电容仍然保持为初始比电容的93%, 表明该复合电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性能。3D rGO/NiO复合电极材料具有比纯NiO或rGO更优异的电化学性能。     

炭二氧化硅复合气凝胶的合成及结构分析

将二氧化硅溶胶和间苯二酚-甲醛溶液混合,经溶胶凝胶反应得到复合湿凝胶. 再经超临界干燥和炭化得到炭-二氧化硅复合气凝胶. 分别用氢氟酸刻蚀和空气烧蚀复合气凝胶中的二氧化硅和炭,得到结构完整的炭气凝胶和二氧化硅气凝胶. 复合湿凝胶经常压干燥、炭化和氢氟酸刻蚀能得到炭干凝胶. 利用透射电镜和低温氮气吸附对上述凝胶的微结构进行了表征. 结果表明：复合气凝胶中,炭和二氧化硅纳米网络各自连续并相互嵌套. 由于二氧化硅纳米网络的支撑作用,复合凝胶在超临界干燥和高温炭化过程中体积收缩减小,网络塌陷降低. 所得炭气凝胶具有高比表面（934m²/g）和高孔容（3.9cm³/g）的特点.