Co和Co9S8纳米颗粒均匀嵌入S、N共掺杂的多孔碳材料的电催化性能研究

热解金属有机骨架材料(MOFs)可以得到活性物质均匀嵌入的杂原子掺杂多孔碳材料，这种多孔碳材料在电催化领域具有重要的研究意义。对以Co²⁺为中心离子，2,5-噻吩二羧酸和4,4-联吡啶为有机配体的Co基金属有机骨架材料([Co(tdc)(bpy)]²_n)进行热解处理，成功制备了Co和Co₉S₈纳米颗粒均匀嵌入的S、N共掺杂的多孔碳材料(Co/Co₉S₈@SNC)。其中700℃下热解得到的Co/Co₉S₈@SNC-700上形成的Co和Co₉S₈催化颗粒的比例适中，且多孔碳上的S和N掺杂的形式及比例也最佳。故Co/Co₉S₈@SNC-700在碱性电解液中表现出最佳的氧还原及氧析出双功能电催化性能和导电性。电化学测试结果表明，Co/Co₉S₈@SNC-700的氧还原极...     

废弃大麻杆衍生的硫掺杂碳材料的制备及电化学储钠性能

采用不同煅烧温度(600℃、700℃和800℃)将废弃大麻杆在充满氮气的管式炉中进行回收碳化处理后得到3个硫掺杂的生物质多孔碳材料(C-600、C-700和C-800),并研究了碳化温度对其结构、元素组成及电化学储钠性能的影响.结果 表明:3个样品均为硫掺杂的多空碳材料,其中C-600由于具有满意的无序程度和结构缺陷而...     

超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料作为双电层电容器的主要电极材料,已成功应用于商业化超级电容器。但作为电极材料,纯碳材料表面疏水、内阻较大、电容较低等缺点使其进一步发展受到制约。近年来,随着超级电容器的迅速发展,氮掺杂多孔碳材料作为其电极材料引起研究人员的广泛关注,并采用不同的制备方法成功合成了一系列结构不同、性能优异的氮掺杂碳材料。基于超级电容器氮掺杂多孔碳电极材料的最新研究进展,首先介绍了氮在碳材料中的基本存在形式及对碳电极材料性能的影响,然后重点评述了氮掺杂碳电极材料的制备,最后总结了超级电容器氮掺杂碳材料的发展趋势。     

ZIF-67衍生Co、Mo、S共掺杂的富氮多孔碳材料制备及其电催化性能研究

为了解决能源危机问题,探究具有高活性位点的电催化剂材料十分必要。可使用沸石咪唑啉框架(ZIF-67)为前驱体,通过吸收和热解制备同时掺有Co、Mo和S的多孔碳材料。合成的样品通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和x射线光电子能谱等手段进行表征,利用电化学测试来研究其电催化性能。结果表明：与Co/NC和CoMo/NC相比,CoMoS/NC表现出更优异的电催化性能,在10mA/cm²时的过电位低为172mV,Tafel斜率为67.8mV/dec。CoMoS/NC也表现出良好的长期稳定性,Co、Mo和S可以作为HER反应过程中的活性位点,多孔碳结构促进了电荷的转移。多个活性位点和独特的结构确保了该材料CoMoS/NC的卓越性能。     

Fe,N掺杂二维多孔碳双功能催化剂及锌-空气电池中的应用

在石墨烯表面负载金属有机框架材料ZIF-8,同时在金属有机框架材料表面分散Fe-2,2-Bipy螯合物,通过高温煅烧分解制备了Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料。采用SEM, XRD, XPS对制备的催化剂材料进行了形貌、结构以及成分分析。采用旋转圆盘电极,CV曲线,LSV曲线对Fe,N掺杂多孔碳催化剂材料的氧还原(ORR)以及析氧(OER)电催化性能进行了分析。并且将Fe, N掺杂多孔碳催化剂应用于锌-空气电池。结果表明,所制备的Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料显示出均匀的二维结构形貌, Fe元素含量为1.32%。催化剂在0.1 mol/L KOH溶液中半波电位为0.83 V,在1 mol/L KOH溶液中, 10 mA/cm~2电流密度下过电势为420 mV。将催化剂应用于锌-空气电池,锌-空气电池功率密度达到245 mV/cm~2,并且表现出优异的循环稳定性。     

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。     

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。     

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。     

聚酰亚胺基氮掺杂碳电极材料的制备及电化学性能研究

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。     

活化剂对氮掺杂多孔碳/硫复合正极材料电化学性能的影响

以葡萄糖为碳源、乙酰胺为氮源、氢氧化钾(KOH)为活化剂,通过水热碳化及烧结处理,制备了氮掺杂多孔碳材料,将其与硫进行复合得到多孔碳/硫复合正极材料,考察了不同质量活化剂对多孔碳材料比表面积、孔容孔径及多孔碳/硫复合正极材料电化学性能的影响。结果表明:多孔碳前驱体与活化剂质量比为1∶4时制备的多孔碳材料具有最大的比表面积和孔隙率,且该材料与硫复合得到的多孔碳/硫复合正极材料具有最优的电化学性能、较高的放电比容量和良好的循环性能。     

一步热解合成氮掺杂石墨烯载钴纳米粒子及其对氧还原反应的电催化性能

采用便捷的一步热解途径合成了氮掺杂石墨烯载钴纳米粒子(Co/NG),并表征了其结构、形貌和表面性质,进一步评价了Co/NG作为阴极催化剂对氧还原反应的电催化性能。透射电镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)谱分析显示平均粒径21.4nm的Co纳米粒子较均匀地分散在三维多孔状石墨烯上。X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Co/NG存在两类含氮组分,即吡啶氮和吡咯氮。电化学测试结果显示,Co/NG催化剂在碱性介质中对氧还原反应的起始还原电位约-0.049V,极限电流密度为5.9mA/cm~2。其电催化活性与商业化Pt/C相当。     

ZIF-8-PAN衍生多孔碳纳米纤维锌离子混合电容器

采用静电纺丝技术制备ZIF-8-PAN复合纳米纤维，经预氧化和高温碳化制得ZIF-8-PAN衍生多孔碳纳米纤维(ZIF-8-PANC);利用扫描电镜、比表面及孔径分析技术对ZIF-8-PANC的形貌和微结构进行表征，测试作为锌离子混合电容器(ZHS)电极材料的电化学性能。结果表明：ZIF-8-PANC结合碳纳米纤维的高导电性和ZIF-8衍生碳的丰富多孔结构，不仅导电性能良好，同时增大比表面积，得到分级多孔结构，ZIF-8-PANC可有效实现电子、离子的快速传输和锌离子的高容量储存；当电流密度为0.5 A·g^-1时，ZIF-8-PANC电极的比容量达到240 mAh·g^-1,循环稳定性优异。     

棉花基多孔碳材料的合成、微结构及超电性能研究

由于制备方法简单并且原料易得, 多孔碳合成广泛采用生物质材料, 并用于能源存储。以天然生物质棉花作为碳源, 通过简单的一步法制备得到氮掺杂多孔碳材料。这种多孔碳材料在碳化温度为750℃时具有480 m²/g的比表面积和6.84%的高含氮量。当用作超级电容器电极材料时, 这种碳材料显示出了良好的电容性能。在1 mol/L硫酸电解液中, 电流密度为1 mol/L时, 比电容可以达到252 F/g, 并且在循环10000圈之后仍能保留94%的原电容。这种低成本的棉花基碳材料为超级电容器应用提供了可能。     

氢氧化钾活化制备可再生多孔碳及其电催化氧还原性能研究

氧还原反应缓慢的动力学过程严重限制了燃料电池的能量转换效率, 而商用Pt/C催化剂成本太高、资源稀缺、稳定性差, 需要寻找合适的材料来取代商用的Pt/C催化剂。近年来, 氮掺杂多孔碳材料因其独特的物理和化学特性吸引了大量的关注。本文使用富含氮元素的可再生土豆作为生物质前驱体, 通过简单的一步热解过程和KOH活化方法相结合制备出了一系列氮掺杂多孔碳电催化剂; 并系统研究了KOH用量和活化温度对碳基体孔结构和电催化性能的影响。结果表明, 当活化温度为750 ℃、KOH与碳的质量比为3/1时, 所制备的催化剂(NPC-750)的氧还原活性最高, 起始电位和半波电位分别达到0.89和0.79 V (vs. RHE), 极限电流密度达到5.53 mA?cm ^-2。NPC-750优异的氧还原催化活性主要归因于其发达的孔结构、高的比表面积(1134.2 m ²?g ^-1)和合适的氮含量(1.57at%)。同时, 优异的循环稳定性和抗甲醇中毒性能进一步说明这些生物多孔碳材料是潜在的低成本氧还原电催化剂。此外, 这些高比表面积多孔碳在超级电容、吸附/分离、催化以及电池等领域也具有潜在的应用前景。     

ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料的制备及对镉离子的吸附性能

主要将通过磁控溅射技术制备所得的氧化锌@聚丙烯腈(ZnO@PAN)静电纺丝纳米纤维膜材料,利用溶剂热反应合成金属有机框架材料ZIF-8@聚丙烯腈(ZIF-8@PAN)纳米纤维膜材料,后经过900℃高温煅烧工序制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料,并将其应用于水体中重金属离子镉的吸附。X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析表征结果表明,ZIF-8成功地在PAN纳米纤维膜上原位生长,经过高温煅烧,ZIF-8的结构并未明显改变。ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料在水溶液中对镉离子具有良好的吸附效果。探究证明,吸附过程中,在溶液为中性条件下,且水浴加热35℃时,镉离子吸附效果最好,吸附效率最高可达到88%左右。     

中国科大设计出一种储能性能优异的掺氮多孔碳材料

正近日,中国科学技术大学教授朱彦武课题组利用富勒烯作为前驱体开发设计了一种具有优异储能性能的掺氮多孔碳。该研究成果发表在《先进材料》上。由于其高比表面积和大量的反应活性位点,掺氮多孔碳材料作为电化学储能材料如锂离子电池和超级电容器的电极材料及催化剂材料得到了广泛关注,但是氮掺杂形式控制一直是一个难点。朱彦武团队前期通过氢氧化钾活化微波剥离的氧化石     

FeP(Fe_2P)纳米颗粒/氮掺杂碳纳米复合结构的控制合成与电催化性能研究

采用溶液聚合法一步合成铁离子改性、植酸掺杂的聚苯胺,在800~900℃氩氢还原气氛下,将电催化析氢性能良好的磷化铁与磷化亚铁颗粒,负载在高温裂解聚苯胺高分子生成的网络多孔碳骨架上。制备了FeP(Fe_2P)纳米颗粒/多孔氮掺杂碳(NC)复合催化剂薄膜,通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析表征了催化剂的微观结构。样品的催化性能采用线性扫描伏安法测试。结果表明,850℃条件下,得到的催化剂同时具有最好的电解水析氢及氧还原催化活性。     

N掺杂白茅草花生物质碳的制备及其超级电容器性能研究

原料来源广泛且绿色生态友好的生物质多孔碳受到广泛关注。白茅草花被成功开发为新型生物质多孔碳的前驱体,采用KOH作为活化剂,尿素作为掺杂剂,一步热解碳化形成氮掺杂多孔碳材料,并对最佳的尿素掺杂比例进行探究。采用SEM,TEM,XRD,Raman, XPS对制备的材料进行表征。通过三电极体系对材料的电化学性能进行测试。结果表明,在氢氧化钾处理后的白茅草花与尿素质量比为2∶1时,制备的电极材料具有最佳的性能。在6 mol/L KOH电解液中,电流密度为1 A/g时,材料的比电容为304.1 F/g,经过5 000次长循环后,容量保持率为96.24%。     

氮杂碳包Fe、Co、Ni材料的合成及介电特性

采用交流电弧法,在氮气氛下合成了氮杂碳包金属Fe、Co、Ni纳米晶.采用热重分析(TG)法测量了合成材料中Fe、Co、Ni等金属的含量.借助于透射电子显微镜(TEM)、粉末衍射法(XRD)、X光电子能谱法(XPS)等分析手段进行了合成材料的形貌观察和结构表征.采用反射-传输网络参数法在HP8510B矢量网络分析仪上进行了材料复介电常数测量.结果表明氮杂碳包金属Fe、Co、Ni纳米晶在8.2～12.4GHz频率范围内具有复介电特性,其损耗角正切tgδε=ε"/ε′平均值分别达到0.9,0.31和0.30,显示出氮杂碳包金属Fe、Co、Ni纳米晶对微波具有较好的介电损耗特性.