碳气凝胶的孔结构及其对电化学超级电容器性能的影响

通过改变碳气凝胶的溶胶-凝胶制备条件和炭化活化工艺,实现了对碳气凝胶纳米孔洞结构的控制.采用扫描电子显微镜(SEM)和氮气等温气体吸附法对碳气凝胶和KOH活化碳气凝胶的形貌和孔结构进行了表征和分析,并且使用循环伏安法(CV),恒流充放电,电化学阻抗谱(EIS)等检测技术评价了电化学性能.结果表明:发达的三维纳米网络结构与合理的孔径分布是影响碳气凝胶电化学超级电容器性能的关键因素.经适度活化后的碳气凝胶材料含有丰富的介孔,比表面积可达1480m2·g-1.在6mo·lL-1的KOH溶液中,在100mV·s-1的扫描速率下其比电容量高达216F·g-1.通过拟合发现,碳气凝胶类材料的大孔和介孔拥有更高的单位面积比电容量.     

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F·g^-1,是纯碳气凝胶(103 F·g^-1)的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性, 2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。     

纳米纤维素基多层级孔道结构碳气凝胶的制备及在锂电池中的应用

采用纳米精磨法对商品桉木浆进行纳米纤丝化处理,得到了高长径比、尺寸均一的纳米纤丝化纤维素(NFC),平均直径为230.10 nm,长度达数十微米.将其组装、干燥后制得具有大量介孔的纳米纤丝化纤维素气凝胶(NFCA).将NFCA在氮气氛围下高温碳化制得碳气凝胶(CNFA),或在氢氧化钾条件下辅助碳化制得具有多层级孔道结构的碳气凝胶(CNFA-A),在保留的碳气凝胶骨架结构上进行孔洞构建.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征及Nanomeasure统计分析,发现NFC的平均直径经碳化后减小到53.16 nm.利用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试和拉曼光谱揭示了碳化处理对纳米纤维素结构、比表面积、石墨化程度和缺陷的影响.结果表明,KOH辅助碳化处理后的碳气凝胶不仅保留了纤维素气凝胶前驱体的网络结构,还在其骨架上二次构建了更多的微孔和介孔,其比表面积高达488.92 m2/g,总孔容为0.404 cm3/g,所得的碳骨架被部分石墨化,具有良好的导电性.这类源于生物质的高比表面积碳气凝胶在被用作锂离子电池(LIB)负极材料时表现出优异的电化学性能,在电流密度1 A/g下连续充放电1000次后比容量达到409 m A·h/g,在电流密度高达20 A/g下,比容量还能维持在219 m A·h/g.     

石墨烯掺杂碳气凝胶粉体的制备及电磁干扰性能

采用溶胶-凝胶、 超临界干燥及高温裂解技术制备了不同石墨烯掺杂量的碳气凝胶(G-CA)粉体材料, 通过控制材料的组成和微观结构, 制备了密度仅为0.0093 g/cm³的低密度高导电性气凝胶粉体. 将G-CA粉体布撒在空气中, 测试其对毫米波、 可见光和红外光的衰减性能. 结果表明, 相对于纯碳气凝胶和纯石墨烯气凝胶, G-CA粉体对3种波段的电磁波的衰减性能大幅度提高. 其中石墨烯/掺杂量为7%的碳气凝胶(7%G-CA)在布撒初期和布撒20 min后, 对红外光和可见光均具有97%和94%以上的遮蔽率; 对于毫米波, 在布撒初期和布撒10 min以后, 分别具有75%和65%以上的遮蔽率. G-CA粉体具有良好的分等级微纳米结构及高导电性和超低密度, 该微观结构与组成的协同作用使其呈现出优异的多波段、 长时有效的电磁干扰性能, 有望扩展和延伸传统烟幕材料的应用范围.     

碳材料中多层次孔对负载铂电催化活性的影响

分别以商用碳黑XC-72、介孔碳CMK-5和含多层次孔的碳气凝胶HCA为载体, 微波法负载Pt纳米粒子, 在硫酸和甲醇溶液中进行循环伏安测试, 考察碳材料中多层次孔对其电催化活性的影响. 结果显示, Pt/HCA电极表现出较高的峰电流(7.5 mA·cm-2)和电化学活性面积(128.0 m2·g-1). 这可能是因为碳气凝胶具有连续但非周期性的介孔结构, 有利于Pt纳米粒子的分散以及反应物质的传质.     

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用（英文）

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F?g~(-1),是纯碳气凝胶(103 F?g~(-1))的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性,2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。     

用于锂离子电池的阻燃型纤维素基复合气凝胶膜

以离子液体为溶剂,制备了纤维素水凝胶,进而通过"溶胶-凝胶"过程在纤维素凝胶中原位生成勃姆石(AlOOH),并经超临界二氧化碳干燥制得了纤维素/AlOOH复合气凝胶膜.所形成的纳米纤维状AlOOH相互搭接形成了网络结构,使复合气凝胶膜的微观形貌更加致密、孔结构更加均匀.AlOOH的引入赋予了纤维素材料优异的阻燃性能.相对于高温易软化的商用聚丙烯隔膜,纤维素/AlOOH复合气凝胶膜在150°C下30 min无尺寸变化,具有更好的高温尺寸稳定性.纤维素/AlOOH复合气凝胶膜具有优异的电解液亲和性,吸液率为350%,离子电导率为3.1 mS/cm,以纤维素/AlOOH复合气凝胶膜组装的锂电池表现出了更好的电化学稳定性,并且经过100次循环测试后,容量保持率为90.2%,在4 C/4 C的高倍率充放电测试中放电比容量为80.7 mA h g-1,均优于商用聚丙烯隔膜.由于同时具备了优异的耐高温与阻燃性能和良好的电化学性能,这类新型的纤维素基复合气凝胶膜在高性能锂离子电池领域具有潜在的应用.     

用于锂离子电池的阻燃型纤维素基复合气凝胶膜

以离子液体为溶剂，制备了纤维素水凝胶，进而通过“溶胶-凝胶”过程在纤维素凝胶中原位生成勃姆石(AlOOH)，并经超临界二氧化碳干燥制得了纤维素/AlOOH复合气凝胶膜.所形成的纳米纤维状AlOOH相互搭接形成了网络结构，使复合气凝胶膜的微观形貌更加致密、孔结构更加均匀.AlOOH的引入赋予了纤维素材料优异的阻燃性能.相对于高温易软化的商用聚丙烯隔膜，纤维素/AlOOH复合气凝胶膜在150℃下30 min无尺寸变化，具有更好的高温尺寸稳定性.纤维素/AlOOH复合气凝胶膜具有优异的电解液亲和性，吸液率为350%，离子电导率为3.1 mS/cm，以纤维素/AlOOH复合气凝胶膜组装的锂电池表现出了更好的电化学稳定性，并且经过100次循环测试后，容量保持率为90.2%，在4 C/4 C的高倍率充放电测试中放电比容量为80.7 mA h g~(-1)，均优于商用聚丙烯隔膜.由于同时具备了优异的耐高温与阻燃性能和良好的电化学性能，这类新型的纤维素基复合气凝胶膜在高性能锂离子电池领域具有潜在的应用.     

化学改性氧化石墨烯交联的聚酰亚胺气凝胶

聚酰亚胺(PI)气凝胶是一类密度低、机械性能好、隔热性能优异的多孔材料, 通常使用昂贵的化学交联剂进行交联. 氧化石墨烯(GO)是近年来广受关注的用于聚合物增强的纳米功能填料. 以前报道的PI/GO 复合材料多是纤维或膜的形式. 为了获得PI/GO 复合气凝胶, 本文采用化学改性氧化石墨烯(m-GO)替代1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAB)等常规的交联剂, 使之与4,4'-二氨基二苯基醚(ODA)和3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)反应, 制得了m-GO交联的PI 气凝胶. GO的化学改性通过其与过量ODA在水热条件下反应实现. 通过扫描电子显微镜(SEM)研究了PI/m-GO气凝胶的微观结构. 分别通过氮气吸脱附测试、热重分析和热线法研究了m-GO对气凝胶的孔特性、热稳定性和热导率的影响. 测试结果表明, 所获得的PI/m-GO气凝胶保持了高的孔隙率、热稳定性和绝热性. 压缩测试结果显示, 与采用1.8% (质量分数, w)的TAB进行交联的PI 气凝胶相比,仅用0.6% (w)的m-GO交联所获得的气凝胶具有更高的比杨氏模量(杨氏模量/密度)、比屈服强度(屈服强度/密度)和更小的体积收缩率.     

气凝胶的阻燃改性研究进展

气凝胶由于其密度极低、孔隙率极高、导热系数极低等特点而在保温、隔热、吸附、催化等领域得到快速发展.近年来,研究者开始研究气凝胶的阻燃性能.本文综述了近年来国内外硅系气凝胶、高分子气凝胶以及碳系气凝胶的阻燃改性的研究进展,包括这三类气凝胶各自的特点、用作阻燃材料时相关的阻燃改性技术以及其对材料阻燃性能的影响.最后指出了气凝胶在阻燃领域应用的不足、需要解决的关键问题以及发展前景.     

SnO_2/中空洋葱状碳纳米复合材料的制备及电化学性能

以炭黑为原料,硝酸铁为催化剂前驱体,氮气气氛下1000℃高温炭化制备了直径为40nm的中空洋葱状碳纳米颗粒(OC).用SnCl2/乙醇溶液浸渍,空气中350℃氧化得到SnO2/OC复合材料.进一步对该复合材料进行酸处理制备OC包覆的SnO2电极材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和热失重分析(TGA)对OC和SnO2/OC复合材料进行表征;利用恒电流充放电和循环伏安(CV)方法对复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行表征.结果表明:酸处理后的复合材料的循环性能得到明显改善,50次循环后可逆容量保持为446mAh·g-1,OC起到了缓冲SnO2膨胀和阻止团聚的作用.     

用于锂离子电池负极材料的锡/碳复合材料研究

采用分散聚合的方法在氧化锡的表面包覆聚对位二乙烯基苯,再热解制备了锡基颗粒在碳基体中均匀分散的锡/碳复合材料.该复合材料具有良好的循环性能.在该复合材料中无定形碳起到了至关重要的作用,它一方面保证了复合材料的导电性能,另一方面有效地抑制了锡基颗粒的团聚与粉化.只有当小尺寸的锡基颗粒均匀地分散在碳基体中时,锡/碳复合材料才具有稳定的电化学性能.     

Inexpensive methodology for obtaining flexible SnO2-single-walled carbon nanotube composites for lithium-ion battery anodes

Journal of Solid State Electrochemistry - A versatile and low-cost methodology for fabricating free-standing carbon graphite (CG)/SnO2/single-walled carbon nanotube (SWCNT) composites as anode...     

Organized assemblies of single wall carbon nanotubes and porphyrin for photochemical solar cells: charge injection from excited porphyrin into single-walled carbon nanotubes

Photochemical solar cells have been constructed from organized assemblies of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and protonated porphyrin on nanostructured SnO2 electrodes. The protonated form of porphyrin (H4P2+) and SWCNT composites form 0.5-3.0 microm-sized rodlike structures and they can be assembled onto nanostructured SnO2 films [optically transparent electrode OTE/SnO2] by an electrophoretic deposition method. These organized assemblies are photoactive and absorb strongly in the entire visible region. The incident photon to photocurrent efficiency (IPCE) of OTE/SnO2/SWCNT-H4P2+ is approximately 13% at an applied potential of 0.2 V versus saturated calomel electrode. Femtosecond pump-probe spectroscopy experiments confirm the decay of the excited porphyrin in the SWCNT-H4P2+ assembly as it injects electrons into SWCNT. The dual role of SWCNT in promoting photoinduced charge separation and facilitating charge transport is presented.     

熔盐电解法制备纳米碳管及纳米线

以LiCl、LiCl+SnCl2等为熔盐电解质,采用电解石墨的方法制备了纳米碳管和纳米线,并运用TEM、XRD、EDS等分析手段对产物的形貌和结构进行了表征.结果表明,熔盐成分对电解产物的形态和性质有显著影响.在LiCl熔盐中可得到直径为75～100nm的纳米碳管;在LiCl+1.0%SnCl2熔盐中可生成β-Sn填充的纳米碳管.XRD测试表明,电解制备的β-Sn纳米线经氧化处理后在碳管内可转变为SnO2,其晶体结构为四方晶系,直径为20～50 nm.电解过程中Li+在石墨阴极上反应生成的LiC6化合物对纳米碳结构的形成具有重要作用.     

空心球状C@SnO2@SnS2的制备及光催化去除Cr（Ⅵ）性能研究

将SnO2负载在碳球上通过不完全烧结的方法得到含有大量碳的空心状C@SnO2,随后加入TAA(硫代乙酰胺),利用离子交换法在水热过程中制备了具有不同硫化程度的空心结构的C@SnO2@SnS2三元复合物。利用XRD、FESEM、TEM、XPS、UV-Vis DRS、PL等测试手段对合成样品进行表征,并测试了其光催化去除Cr(VI)的性能。结果表明,C、SnO2和SnS2三者之间的协同作用以及空心结构的形貌显著增强了SnO2的光催化性能,其中CSS-2样品对Cr(VI)具有最佳的去除能力,太阳光照射120 min后对Cr(VI)的去除率高达98.8%。     

In-situ preparation and the characterization of Pt/SnO2

To enhance the cycling stability of Pt-based catalysts,the anti-corrosion property of support and the attachment of Pt with support should both get improved.For this purpose,a novel method is presented for in situ preparing Pt/SnO₂.The structure of Pt/ SnO₂ is characterized by X-ray diffraction（XRD） and transmission electron microscopy（TEM）,confirming the homogeneous deposition of Pt on SnO₂.The high resolution TEM（HRTEM） shows the large interfaces between Pt and SnO₂.The TEM photos recorded after accelerated durability tests with Pt/SnO₂ show that the agglomeration and size increment of Pt particles is not severe, indicating the good stability of Pt/SnO₂.The electrochemical active surface area（EAS） of Pt/SnO₂ keeps increasing during the 1000 cycles of cyclic voltammetric（CV） sweeping in H₂SO₄,while the EAS decayed by 35%when mixing Pt/SnO₂ with carbon nanotubes（CNTs）,indicating the superior anti-corrosion property of SnO₂ in contrast to CNTs.     

SnO_2纳米棒负载Pd-Cu空心球催化剂的制备及其对乙醇氧化电催化性能研究

本文通过简单溶剂热反应合成棒状SnO2,然后以谷氨酸为添加剂,乙二醇为分散剂和还原剂,溶剂热合成SnO2纳米棒负载的Pd-Cu球形空壳催化剂.透射电镜结果表明Pd-Cu空心球粒径大约100 nm,并且分布均匀.电化学测试结果表明,该催化剂对乙醇氧化表现出较高的电催化活性和稳定性,其中电流密度可达119.4 mA cm?2,研究表明,合适的金属氧化物的引入可使催化剂释放更多的活性位点从而提高催化剂的电催化活性.     

石墨/氧化锡/活性炭锂离子电池负极材料的合成及性能

采用液相法,以SnCl2·2H2O、石墨、活性炭为原料,在油浴中共热合成石墨/氧化锡/活性炭复合材料.通过XRD和电化学测试对材料进行了表征.结果表明,样品中含有石墨和金红石SnO2·这种材料作为锂离子电池负极材料具有良好的充放电循环性能.     

Structurally tailored carbon xerogels produced through a sol–gel process in a water–methanol–inorganic salt solution

The impact of solvent composition as well as inorganic salt content and type on carbon xerogel structure was investigated. Carbon xerogels were derived from the sol–gel polycondensation of resorcinol with furfural in a water–methanol–inorganic salt solution. As inorganic salts, NaCl, NH₄ClO₄ and FeCl₃ were used. In order to conduct an accurate examination of the carbon xerogel structures and textures, inorganic salts were removed prior to carbonization. The xerogel structures can be tailored according to the water/methanol ratio and, to a lesser extent, according to the inorganic salt content and type in the starting solution. As a result, a significant amount of salt can be introduced to the gel network of the desired structure. The morphology and physical properties of the organic xerogels, carbon xerogels and their composites were characterized by means of SEM, N₂ sorption and XRD. It was found that samples derived from mixtures with FeCl₃ manifest well developed mesoporosity and depleated microporosity in comparison to samples prepared from mixtures with NaCl and NH₄ClO₄. Iron ions chemically bond to the xerogel matrix and cause its partial graphitization during the carbonization process, resulting in enhanced mesoporosity.