Fe3+掺杂活化木质素基木材陶瓷的制备及电化学性能

以造纸黑液提取的木质素为前驱体,柠檬酸铁(FeC_6H_5O_7)为催化剂,在1 200℃下保温烧结2 h,再以氢氧化钾(KOH)为活化剂,在800℃下活化1. 5 h制备木材陶瓷碳电极材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附法(BET)、恒电流充放电以及循环伏安法等考察木材陶瓷的物相构成、比表面积、孔结构以及电化学性能。结果表明,当柠檬酸铁与木质素的质量比为1∶1时,活化木质素基木材陶瓷具有良好的石墨化特性,其比表面积可达712. 59 m~2/g,且孔径主要分布在1. 64 nm。同时,用该木材陶瓷所制备的电极材料在无机体系(6 mol/L KOH)中比电容可达115. 6 F/g,经过2 500次循环充放电之后其比电容保持率达75. 2%,表现出良好的电化学性能,具有作为理想电化学电容器的电极材料的潜能。     

木质素基碳纳米片组装木陶瓷电极的结构调控与电化学储能

以杨木基木陶瓷为骨架,采用电沉积法组装黑液木质素,经高温烧结和物理活化制备木质素基碳纳米片组装块状木陶瓷电极,并对序列组装机制、结构与形貌、物相构成、电化学储能机制和电化学性能进行了探讨与分析.结果表明:黑液木质素在电场的作用下可按照一定的序列组装在木陶瓷骨架的表面与孔隙中,高温烧结后木质素转化为碳纳米片,部分依然保持有序排列;同时,所制备的木陶瓷电极主要由无定型炭与石墨微晶构成,具有多层次孔隙,且木质素的组装可优化孔隙结构.其中电沉积10 min、1000℃保温烧结2 h、180℃活化6 h的试件具有较好的电化学性能:在扫描速率为0.25 A·g-1时比电容可达141.8 F·g-1;充放电循环1000次后比电容保持率为88.1％;在能量密度为132.6 Wh·kg-1时,功率密度达12.8 W·kg-1,该木陶瓷电极具有较好的储能性能与应用潜力.     

Ni掺杂黑液木质素基活化木材陶瓷的制备与性能研究

以造纸黑液木质素和NiCl₂·6H₂O为原料、经1200℃高温烧结制备Ni掺杂木材陶瓷, 并用KOH进行活化处理, 得到呈泡沫状的三维网络结构的Ni掺杂活化石墨化木材陶瓷。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积测试仪及电化学工作站等对其性能进行分析与表征。结果表明: Ni既参与构筑木材陶瓷骨架, 又对无定形碳进行催化石墨化。所制备样品的石墨化倾向明显, 有石墨烯片层结构出现, 部分晶格间距接近理想石墨的点阵参数。同时, 活化处理可以有效地形成多层次孔隙结构, 增加微孔与超微孔数量。800℃活化3 h后, 样品中的孔径主要集中在3.60 nm左右, 比表面积从359 m²·g^-1提高到856 m²·g^-1。活化能够改善Ni掺杂木材陶瓷的电化学性能, 在20 mV·s^-1扫描速率下, 其比电容为153.8 F·g^-1, 是未活化样品的2.2倍。