二硫化钨复合物制备及赝电容性能综合实验教学设计

介绍一个综合化学实验。实验的主要教学内容包括冷冻干燥法及热处理法制备二硫化钨-氮掺杂碳复合纳米材料,在此基础上将其制作成电极并研究其赝电容性能。实验内容涵盖基础化学相关知识和实验技术,可以帮助学生构建连贯的知识体系,提升实验技能。此外,实验涉及储能领域前沿,有助于学生开阔视野,激发学生的科研兴趣并培养其科研思维。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能

氮掺杂多孔碳(NPC)电极材料具有特殊的多孔结构,导致其比表面积高,化学稳定性好,同时电容性能良好,然而导电性差,能量密度低等因素也限制了其实际应用。以天然产物为碳源,经高温热解产生碳化残渣,将这些残渣经筛分,与氢氧化钾和三聚氰胺一起混合、研磨,然后再经过高温焙烧、洗涤、烘干后得到NPC样品。该样品外观为黑色粉末,在扫描电镜下观察其形貌呈现多孔状,氮元素含量达到6.45wt%。将NPC与乙炔黑、聚偏氟乙烯按8∶1∶1的质量比制成电极压片,可组装成对称型超级电容器。在两电极体系下,以6M KOH为电解液,通过恒电流充放电(GCD)和循环伏安(CV)测试表明:电流密度为0.1A/g时,组装的超级电容器的比电容达到145F/g,而且当功率密度为50W/kg时,能量密度可达到20Wh/kg。经1000次循环充放电后,其比电容仍然保持96.9%,库仑效率基本稳定在99%,说明NPC具有优良的电容特性和循环稳定性。     

氮掺杂对碳材料性能的影响研究进展

碳材料是目前研究和应用最为广泛的一类无机非金属材料。本文从研究应用角度出发,综述了近年来国 内外对氮掺杂碳材料结构与性能的研究实验和理论成果,简述了氮原子掺杂对碳材料电导率、场发射性能、超 级电容性能、氧还原催化性能、其他催化性能、储氢性能6 个方面的影响。指出氮原子掺杂碳材料的制备和性 能研究具有重要的研究价值和应用潜力,氮原子掺杂可以大幅提高碳材料的电化学及催化性能,并赋予其某些 奇异的特性,因此通过调控氮掺杂量可以有效控制掺杂材料的形貌和导电性,得到适合不同应用的掺杂产物, 有望为基于碳材料的电子设备及催化过程效能的提高开辟新的道路,并指出氮原子掺杂碳材料将成为纳米材料 领域的新热点。     

基于沉积法的氮掺杂碳磷复合材料制备与性能研究

活性碳是重要的碳基体材料,利用沉积法制备氮掺杂碳磷复合材料,基于性能检测结果可以得知,碳纳米球型颗粒数量较多,均匀分散至活性碳上,改善了与电解液的接触效果,在创建的温室环境中,针对氮掺杂碳磷复合材料性能加以分析,得知其电化学性能更为良好。     

一步电沉积法制备硫化镍/泡沫镍材料及其赝电容性能研究

通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了3D硫化镍(Ni₃S₂)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni₃S₂/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850 F/g。将电流密度提高到10 A/g,该材料比电容仍能达到1972 F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni₃S₂材料有望应用于电化学储能领域。     

氮掺杂碳限域的花状SnS催化CO2电还原制甲酸

合理设计高效的电催化剂是二氧化碳电化学还原（CO₂ER）为高附加值化学品和燃料的关键。本文利用水热-煅烧法制备了氮掺杂碳限域的花状SnS催化剂（SnS@NC）并研究了其电催化CO₂的特性。基于超薄氮掺杂碳层的限域效应,SnS的层厚由原始的30nm缩减至20nm,电化学活性面积明显增强,同时氮掺杂碳层增强了对CO₂的吸附和活化。SnS@NC催化CO₂转化为甲酸的能力明显增强,在-1.3V（vs. RHE）的H型电解池中法拉第效率为81.2%,电流密度为29.5mA/cm²,本文为金属硫化物复合催化剂功能化提供了新策略。     

钒氮共掺杂纳米二氧化钛光触媒乳液的制备及性能研究

以四氯化钛、有机羧酸、稳定剂、表面活性剂、氨水、偏钒酸铵等简单易得的试剂为主要原料,采用常温络合-控制水解新技术,制备出了钒氮共掺杂的纳米二氧化钛透明乳液。采用X射线衍射(XRD)、纳米激光粒度分析仪、紫外-可见分光光度计等对样品进行了表征。结果表明:样品平均粒度在7nm左右,晶型为锐钛矿,样品最大吸收边拓展到了可见光区域。当钒氮掺杂量为0.1%,回流时间为30min时,得到钒氮共掺杂纳米TiO2水溶胶的光催化性能最好,经太阳光照射50min后,对浓度为50mg/L的酸性红3R染料溶液的降解率达到98%以上。     

珊瑚状氮掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

在三聚氰胺为氮源、碳酸钾为活化剂的条件下,由菜籽饼制得了珊瑚状氮掺杂分级多孔碳(CNPCs)。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、氮吸脱附等表征手段,研究了三聚氰胺的用量对CNPCs微观形貌、组成及孔隙结构的影响。结果表明,当三聚氰胺的用量为2 g时,所得CNPC2的比表面积达2050 m2·g-1。以6 mol·L-1KOH为电解液,在0.05 A·g-1的电流密度下,CNPCs的比容可达274 F·g-1;当电流密度为50 A·g-1时,CNPCs的比容为169 F·g-1,显示了优异的倍率性能。经过10000次充放电测试后,比容保持率达96%,展现了良好的循环稳定性。此工作为从生物质大规模生产高性能储能用多孔碳材料提供了一种简单、绿色的方法。     

氮掺杂碳材料的制备及其催化乙苯氧化制备苯乙酮的性能

以蔗糖为碳源,以三聚氰胺为氮掺杂剂和模板剂,采用高温热解法制备了半透明的片状氮掺杂碳材料(NC)。用XRD、XPS和TEM对NC进行表征。结果表明,NC为无定型材料,850℃下热解制备的NC含有较多的石墨N,NC为半透明片状材料。以NC为催化剂,用于叔丁基过氧化氢氧化乙苯制备苯乙酮。在适宜的反应条件下,0.53g(5mmol)乙苯、1.35 g(15 mmol)叔丁基过氧化氢、0.03 g的NC和15 mL去离子水在85℃反应20 h,苯乙酮的收率达76%。催化剂重复使用7次,活性没有明显降低。     

木耳碳基硫化钴复合材料的制备及电化学性能研究

以木耳制备的均匀溶液为碳源,加入ZIF-67前驱体,通过水热合成和高温煅烧制备氮硫共掺杂的木耳碳与硫化钴多孔片层复合材料（CoS/NSAC）。实验结果表明,该材料具有大的比表面积和高导电性,电化学性能良好。CoS/NSAC在电流密度为0.5 A/g时比容量达到484.8 F/g,在20 A/g高电流密度下循环5 000次容量保持率为78.8%。用该材料组装的非对称超级电容器具有优异的电化学性能,在0.6 A/g电流密度下比容量为154 F/g。当功率密度为362.3 W/kg时,能量密度为7.4 W·h/kg,经过1 800次循环容量保持率为81.95%。     

碳布负载氮掺杂石墨烯及其电化学性能研究

以氧化石墨烯(GO)为原料、抗坏血酸为还原剂以及尿素作为氮掺杂剂,采用化学还原法制备了氮掺杂石墨烯凝胶(NGH).在制备NGH的时候引入混酸处理过的碳布,就得到了碳布负载氮掺杂石墨烯(NG/CC).利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和电化学方法对样品的形貌、结构、组成以及电化学性质进行了表征和测试.结果表明:GO被有效还原,氮被掺杂到了石墨烯中;NG/CC具有三维交联的多孔结构;在6 mol·L-1的KOH电解液中,NG/CC具有良好的超级电容器性能.在0.5 mA·cm-2电流密度下其比电容为35.2 mF·cm-2,在5 mA·cm-2的电流密度下循环4500圈后,NG/CC的容量保持率为98％,并且在这个过程中的库伦效率始终接近100％.     

氮掺杂改性碳材料的研究进展

通过对碳材料进行氮掺杂改性,可强化碳材料的性能从而拓宽其应用领域。总结了近年来国内外对氮掺杂改性碳材料的研究进展,详细介绍了利用活化法、水热法、化学气相沉积法、模板法、溶胶-凝胶法和后处理法制备氮掺杂改性碳材料的方法,对其在催化剂、吸附材料、超级电容器、储氢等领域上的应用作了详细介绍,对氮掺杂改性碳材料的发展趋势进行了展望。     

氮掺杂多孔碳微球的制备与超级电容器性能测试——一个研究型物理化学实验的设计

本论文结合电化学理论内容,设计关于超级电容器电极材料的研究型物理化学实验,采取理论联系实际的教学方式介绍电极材料的制备方法及电化学性能测试原理。使学生更加直观地了解物理化学的前沿热点及先进的研究方法,激发学生的科学研究兴趣,培养学生的实践能力。     

氮掺杂碳材料的制备及电容性能测试

随着经济社会的飞速发展,带来了能源危机,因此开发高效的清洁能源成为缓解危机的重要解决途径.超级电容器是一类新型储能器件,它具有良好的充放电效率、循环寿命长、稳定性能好、对环境无污染等优点,因此开发高效、可持续发展的电极材料是提升其电化学性能的主要途径.以三聚氰胺为原料,二茂铁为复合材料,用KOH在氮气气氛下经高温活化制备样品,对样品进行电化学测试研究其电容性能.测试结果表明:样品具有良好的电容性能,且由于氮原子的引入,增加了材料的导电性,减小了电阻,说明所制备的样品具有良好的电容性能.     

氮掺杂多孔石墨碳的制备及储能特性

为得到高储能特性的超级电容器电极材料,以价格低廉的生物质——海带为碳源、三聚氰胺为氮源,通过聚合-NaOH活化法合成出纳米级氮掺杂多孔石墨化碳材料(NPGC)。通过XRD、BET、Raman和XPS测试手段对其进行了表征,结果显示:片层结构的NPGC具有大的比表面积(1771 m~2/g)、高的氮含量[x(N)=6.27%]和良好的石墨化强度(I_D/I_G=2.84)并对材料进行了循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗性能测试,结果表明:在电流密度为1A/g时,NPGC比电容高达267F/g,5000次恒流充放电循环后,其比电容仍为初始比电容的99.9%,具有优异的储能特性。     

氮掺杂碳材料的制备及其化学活性位点研究

为了找出比较优异的非铂电极材料,并分析得出其最佳活性位点,分别从氮掺杂碳和碳载过渡金属氮材料催化剂在阴极催化的两个方向进行了探究。现如今通过X射线光电子能谱分析(XPS)可以检测出吡啶型氮、吡咯型氮和石墨型氮三种主要的氮掺杂活性位点。氮掺杂碳(G-N),氮掺杂碳纳米管(NCNT)以及氮掺杂石墨烯-氮掺杂碳纳米管(N-GO1@CNTs2)三种典型的氮掺杂碳材料进行分析。由此可见碳载过渡金属氮催化剂材料的催化活性位点很有可能主要是氮化金属化合物起作用。     

氮掺杂有序介孔碳的研究进展

总结了氮掺杂有序介孔碳不同的制备方法,分析了各种制备方法的优缺点,研究了掺氮有序介孔碳在吸附分离、电化学和催化等领域的应用,指出了当前制备掺氮有序介孔碳存在的问题,并对掺氮有序介孔碳的发展方向及应用进行了展望。     

pH对Ni/NiO复合物赝电容性能的影响

以葡萄糖和六水合硝酸镍为原料,尿素为沉淀剂,在不同pH条件下,通过水热法合成了Ni/NiO复合物。X射线粉末衍射、透射电镜测试表明,在pH值为5.1时,合成的Ni/NiO复合物中Ni占比例较大;而在pH值为8时,Ni/NiO复合物中NiO的含量较多。采用循环伏安法、恒流充放电和电化学阻抗谱对Ni/NiO复合物的赝电容特性进行测试。结果表明,在pH值为8的条件下合成的Ni/NiO复合物具有较好的电容特性,当电流密度为0.5 A/g时,复合物比电容达631.5 F/g;当电流密度为1 A/g时,复合物经1 000次循环后,容量仍保持初始71%,其库伦效率为98%。