KOH活化制备直接碳燃料电池用竹炭

本文使用KOH活化竹子制备DCFC用活性炭，考察了活化温度、活化时间和碱炭比对活性炭比表面积影响，采用镍负载以降低活性炭的电阻率并用HN03浸渍来实现活性炭表面改性和除灰，最后在DCFC阳极半电池中检验了活性炭的性能。结果表明：活性炭制备有如下的最佳工况，活化温度为800℃、活化时间为1h、碱炭比为3、镍负载量为2％、...     

碳气凝胶及活化碳气凝胶电极材料制备与性能

 以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,制备了有机气凝胶和碳气凝胶,并对其进行二氧化碳活化。X射线衍射(XRD)测试表明,二氧化碳渗入到碳气凝胶网络结构发生反应,造成(002)峰和(100)峰减弱;扫描电子显微镜(SEM)测试表明,活化没有破坏碳气凝胶的骨架结构,而是增加了大量的nm尺度微孔,从而大大提高了碳气凝胶的比表面积和微孔比例。在1 mol/L KOH电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试,电极材料电化学性能稳定,具有较好的可逆性,在1 mA/s电流密度下进行充放电测试,得到活化前电极比电容为103 F/g,活化后由于比表面积的增加,比电容达到371 F/g,是一种理想的电化学电极材料。     

CO2活化温度对碳气凝胶结构及氢吸附性能影响

 以间苯二酚(R)和甲醛(F)为前驱体制备出RF碳气凝胶,并利用CO₂气体对其进行活化,通过热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、氢吸附等表征手段研究了活化过程中温度对碳气凝胶微结构及氢吸附性能的影响。结果表明：CO₂活化可使碳气凝胶比表面积大幅提高,且不会影响其微孔网络结构。随着活化温度的升高,碳气凝胶非晶性变得更加明显,失重率显著增加,微孔体积、比表面积及氢吸附量先增后减,有望通过改变CO₂活化温度增加碳气凝胶微孔数量来提高其氢吸附性能。     

CO_2活化温度对N-C复合碳气凝胶结构及电化学性能的影响

采用CO2活化工艺对氮掺杂碳气凝胶(N-CA)的结构进行重整,并系统研究了活化温度对活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA)孔结构及电化学性能的影响。利用N2吸附数据、X-光电子能谱(XPS)和元素分析对样品的结构及元素组成进行表征。结果表明,随活化温度的升高,N-ACA的比表面积逐渐增大,其含有的氮原子分数逐渐减少,吡咯氮含量明显增加。利用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等测试技术评价了碳气凝胶样品在6mol·L-1 KOH电解液中的电化学性能,结果发现,合理的孔结构与较高的吡咯氮含量是影响电容器比容量的关键因素。在5mV·s-1扫描速率下测试950-N-ACA电极的比电容值高达267.4F·g-1,经1000次充放电后比电容损失值在1.5%以内。     

超高比表面积氮掺杂碳气凝胶的制备及其电化学性能

以间苯二酚和甲醛为反应前驱体, 三聚氰胺为氮源, 通过溶胶-凝胶法制备出氮掺杂碳气凝胶(N-CA), 并对其进行CO2活化后得到活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA), 分别通过扫描电子显微镜、氮吸附、X-光电子能谱和元素分析研究样品的表面形态、孔结构以及含氮官能团的存在形态, 并利用恒流充放电(GV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱等检测技术评价了其在6 molL-1 KOH电解液中的电化学性能。 实验结果表明: 丰富的孔隙结构和含氮官能团的存在形态是影响碳基电容器性能的决定性因素。 经CO2活化后的N-CA富含较多的的微孔和介孔, 比表面积高达4082 m2g-1, 供电子能力较强的吡咯氮含量有所增加, 在1 mA电流密度下测试的比电容值高达211.9 Fg-1, 经1200次充放电后比电容值保持在98%以上。     

常压干燥法制备碳气凝胶及其电极性能研究北大核心CSCD

以间苯二酚-甲醛为前驱体,通过加入P123以增强有机气骨架的方法,采用常压干燥技术制备碳气凝胶电极材料,有机凝胶在干燥过程中收缩率极大降低。通过二氧化碳活化法对常压干燥获得的碳气凝胶孔结构进行了调控。研究了不同温度对其结构的影响,获得了最高比表面积达3544m2/g的碳气凝胶。6mol/L的KOH电解液中测试表明,常压干燥碳气凝胶具有稳定的充放电性能,随着活化温度的升高,比容量逐渐增加,最高比电容可达261F/g。常压干燥技术制备的碳气凝胶电极材料在降低生产成本的同时,仍具有理想的电化学性能。     

水热法碱活化生物质乙醇木质素的化学结构变化

为了提高生物质乙醇木质素的反应活性,采用水热法在四种不同碱性条件下对生物质乙醇木质素进行催化活化处理。运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、凝胶色谱(GPC)和有机元素分析手段研究了生物质乙醇木质素被四种碱(NaOH, KOH, K₂CO₃和Na₂CO₃)催化活化前后木质素的化学结构以及组分变化。FTIR结果表明生物质乙醇木质素碱经处理后,木质素的酚羟基特征吸收峰1 375 cm-1都有明显增大趋势,醚键振动吸收峰1 116 cm-1减弱,1 597和1 511 cm-1处苯环骨架振动吸收峰强度变化很小;1H-NMR分析结果表明酚羟基含量都有增大趋势,增加顺序为：KOH>NaOH>K₂CO₃>Na₂CO₃,其中KOH处理后的木质素酚羟基含量增加量为原木素的170%。这由于离子半径大的钾离子更容易与木质素β—O—4醚键上的氧形成加和物,进而发生醚键断裂反应,生成新的酚结构衍生物。GPC 表明生物质乙醇木质素碱处理后分子量分布向低分子区域扩展, 数均和重均分子量减小。元素分析结果显示木质素经过水热反应处理后,C含量都有所增加,而H和O含量则降低了,表明木质素经水热反应处理过程中有脱羧基作用,同时蛋白质的含量也有所降低,提高了木质素的纯度。这都有利于直接将木质素用于制备酚醛树脂胶黏剂。     

超高比表面积碳气凝胶常压干燥制备与结构分析

以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,加入表面活性剂P123以增强材料的骨架强度的方法,采用常压干燥技术制备了RF碳气凝胶,并进行了二氧化碳活化以调节其孔结构。扫描电子显微镜(SEM)测试表明,常压干燥的碳气凝胶结构中具有更大的纳米颗粒,骨架结构变粗,活化使碳气凝胶骨架结构更加致密;红外吸收光谱(FTIR)表明,表面活性剂P123中的醚键与RF苯环中的羟基存在强的相互作用,碳化后P123特征峰消失;热重曲线(TG和DTG)分析说明P123在440 ℃左右分解完全,不会对碳气凝胶的成分产生影响,并能起到良好的造孔作用;氮气吸附表明常压干燥制备的碳气凝胶比表面积约为570 m2/g,活化之后的比表面积高达3 500 m2/g左右。     

压汞法分析生物质焦孔隙结构

对于稻壳、树叶、棉花杆、玉米杆四种生物质焦,通过压汞法测量了其在大孔和部分中孔范围内的孔隙结构,发现热解温度、热解保持时间、热解快／慢速都会影响着焦样的比表面积和平均孔径。四种生物质中,树叶焦样的比表面积最大,玉米杆的比表面积最小;稻壳焦样的平均孔径最小,玉米杆的平均孔径最大。不同生物质焦样的孔径分布规律有很大不同。热解温度、热解速度和热解保持时间对孔径分布规律的影响不大,决定孔径分布规律的是生物质本身。在中孔和大孔的范围内,四种生物质焦样的孔径分布曲线都呈现出双峰结构。     

MCNTs及KOH活化MCNTs对曙红Y的吸附性能

以有机染料曙红Y为去除目标,利用紫外光谱法以MCNTs及KOH活化MCNTs为吸附剂研究了其对曙红Y的吸附特性,利用扫描隧道电镜(SEM),X射线粉末衍射(XRD)和BET法对KOH活化MCNTs进行了表征;实验结果表明,在相同的条件下,KOH活化MCNTs较未经处理的MCNTs对曙红Y有更好的吸附性能,另外研究了pH值和温度对吸附量的影响,结果表明溶液pH值和温度对吸附量影响较大,并利用吸附动力学和等温吸附曲线探究了其吸附过程的动力学和热力学特点.     

多孔碳纳米球的制备及其电化学性能

以三嵌段共聚物F108为软模板,通过水热法合成酚醛树脂球并在氮气氛围下碳化、KOH活化处理,最终得到多孔碳纳米球材料.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮气吸附分析仪对样品进行表征,结果表明样品的平均粒径为120 nm,球形度高,比表面积达到1403 m~2/g,孔径分布广.通过X射线衍射研究样品的结晶度,傅里叶红外光谱分析样品表面官能团的情况,结果表明KOH处理和高温处理使得样品的微晶结构有序度提高,表面官能团含量降低.以多孔碳纳米球作为超级电容器电极的活性物质,电化学特性测试结果表明,多孔碳纳米球材料的比电容能够达到132 F/g(0.2 A/g),在10 A/g的电流密度下,经过10000次循环充放电后,电容量保留率为97.5%.本文采用水热法制备的多孔碳纳米球电化学性能良好,适用于超级电容器电极材料,研究结果表明,比表面积大、孔径分布合适(具有一定介孔含量)、结晶度高和含有少量表面官能团的理化特性的电极材料,其电化学性能更加优越.     

氯化钙复合吸附剂优化制备及抗衰减研究

为保证金属氯化物吸附剂长期使用性能的稳定性,同时减缓因与氨气反应出现膨胀结块而导致的吸附性能的衰减,本文以氯化钙、膨胀石墨和木屑为原料,基于控制容积法测定吸附量,并通过正交实验的方法分析了浸溃用氯化钙溶液浓度、木屑与石墨质量比、炭化活化时间和炭化活化温度因素对复合吸附剂循环吸附量的影响。实验结果表明:配制氯化钙复合吸附剂最佳水平为浸渍的ω(CaCl_2)为0.2,木屑膨胀石墨质量比为4:1,炭化活化温度为500℃,活化时间为1.75 h。     

一种高电导率PVA聚合物电解质的制备与表征

通过溶液浇注法制备了一种polymer in salt型PVA KOH H2O聚合物电解质.对该电解质进行了X射线衍射、热性质及电化学性质测试与分析.X射线衍射显示PVA和KOH在聚合物电解质中均以非晶态存在.随着KOH含量的增加,聚合物的玻璃转化点温度逐渐上升,而电解质电导率也随之增加.该电解质的电化学窗口可达1.4V,阻抗测试显示当电解质组成PVA/KOH为1/3(质量比)时,室温电导率可达0.15S/cm,电导率与温度关系符合Arrhenius方程.该电解质热力学稳定性好,机械强度高、电化学性质优越.     

镍掺杂三聚氰胺-甲醛气凝胶的浸渍-还原法制备

以PdCl2为活化敏化液,水合肼为还原剂,采用化学浸渍-还原法在常温下制得了磁性金属Ni掺杂三聚氰胺-甲醛(MF)气凝胶,为金属掺杂气凝胶的制备寻得了新的途径。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对Ni掺杂MF气凝胶进行表征,SEM和TEM均表明,经浸渍-还原处理后的MF气凝胶骨架中较均匀地分布着粒径约100nm的金属Ni颗粒,其中部分颗粒生长连结形成较大团簇。N2吸-脱附实验数据显示,掺入金属Ni后,MF气凝胶的比表面积、总孔体积、微孔体积均减小,表明浸渍-还原处理后得到的金属Ni颗粒均匀分布于MF气凝胶孔隙中,其中少量大孔的出现是由形成团簇的Ni颗粒填充了部分纯MF气凝胶的孔隙撑开了孔隙结构所致。     

FeCl_3对准东煤基多孔碳孔隙结构与石墨化协同调控

多孔碳制备过程中,孔结构的发展和石墨化的演变相互依存,且高的石墨化度往往导致孔隙结构衰减。为同时提高煤基多孔碳孔隙结构与石墨化程度,本文以我国大储量准东煤为原料,通过添加FeCl_3实现孔隙结构与石墨化度的协同调控,探究不同FeCl_3添加量的影响。结果表明:随着FeCl_3添加量增加,煤焦比表面积由346 m~2·g~(-1)增加到574m~2·g~(-1);石墨化程度逐渐增加,I_G/I_(All)由8.774%增加到9.328%。通过分析得出:FeCl_3水解及热解作用产生的铁氧化物与热解、活化过程产生的CO反应原位形成CO_2,对煤焦刻蚀,促进微孔的发展;煤焦中无定型碳与还原性Fe形成Fe_3C中间相,在碳不断"溶解析出"过程实现了催化石墨化的进行;酸洗过程释放了一部分中孔。由此可见,FeCl_3同时起着微孔造孔剂、中孔模板剂及催化石墨化促进剂的作用。     

纳米多孔碳气凝胶的储氢性能

 以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶工艺,结合高温碳化和溶剂替换常压干燥技术,制备了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比和反应物间苯二酚与甲醛的质量分数,实现对碳气凝胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以透射电镜、X射线衍射谱证实了钯元素以纳米单质颗粒形式存在于碳气凝胶的骨架结构中。对掺杂碳气凝胶进行了活化工艺的后处理,成功提高了比表面积有2倍之多,获得了比表面积为1 273 m²/g的钯掺杂碳气凝胶。氢吸附性能研究结果表明：最优活化工艺所得的碳气凝胶样品（3 212 m²/g）在92 K,3.5 MPa条件下的饱和储氢质量分数为3%,此样品在303 K,3.2 MPa时的储氢质量分数为0.84%。对钯掺杂碳气凝胶的常温（303 K）氢吸附测试表明,掺杂后碳气凝胶的总储氢质量分数下降了,但单位比表面积的储氢质量分数提高了。     

核桃果皮基活性炭的氯化锌活化制备及工艺优化

以核桃果皮为原料,以氯化锌为活化剂,采用正交设计,马弗炉加热法制备了核桃果皮基活性炭,并对所得活性炭进行表征,测定了不同实验条件下制备的核桃果皮基活性炭的得率、比表面积和碘吸附值,对最优条件下制备的活性炭进行了孔径分析、红外光谱分析,Boehm法测定其表面酸性基团含量等。实验结果表明：以氯化锌为活化剂制备核桃果皮基活性炭的最佳工艺参数分别为：活化温度600 ℃,活化时间1 h,氯化锌浓度50%,粒径大小为60目。最优条件下制备的活性炭比表面积达到1 258.05 m2·g-1,中孔率为32.18%,说明核桃果皮可以制备出比表面积高的优质活性炭,不但实现了农业废料的资源化,还解决了农业废料污染的问题,同时提供了廉价的吸附剂,对于开辟活性炭原料的新来源具有重要意义。     

微量Ca对准东煤基多孔碳孔隙结构调控

目前,原料成本高、制备工艺复杂仍是限制高性能多孔碳大规模应用的主要原因。以煤及其衍生物或生物质为原料,采用物理活化法能大大降低制备成本。为提高煤基多孔碳的孔隙结构,本文选用储量大、灰分含量较少的准东煤为原料,利用煤自身及外加矿物质的催化气化作用,研究多孔碳孔隙结构变化规律。研究表明:去灰煤经活化得到典型微孔碳;当煤中含有自身或外加的含Ca组分,经CO_2活化形成分级孔碳,且煤焦结构有序性降低。通过对煤活化前后物相分析及活化反应过程分析,煤自身或外加Ca源的催化气化作用有利于中大孔的形成。同时,球磨辅助处理对孔隙发展有协同促进作用。对制备的多孔碳进行液相污染物脱除实验,发现具有分级孔结构、孔隙发达的多孔碳脱除效率高,球磨后的准东原煤制备的多孔碳在1 min内就达到了400 mg·g~(-1)的吸附量。本研究表明在物理活化制焦过程,通过去除或添加微量的Ca源,就能对孔隙结构起到显著的调节作用。该方法操作简单、无污染,成本低,具有实际工程应用意义。     

氮掺杂碳气凝胶电极材料的制备及性能

以三聚氰胺（M）、间苯二酚（R）和甲醛（F）为原料,经溶胶-凝胶法、超临界干燥和高温碳化制备了系列的氮掺杂碳气凝胶（NCAs）。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,氮元素成功地引入到碳气凝胶中,并且可以通过调节三聚氰胺掺杂量来控制氮掺杂量;扫描电子显微镜（SEM）和N2吸附测试显示出不同氮掺杂量的碳气凝胶的微观结构差异较大,随着氮含量的增加,比表面积有先减后增的趋势;在6 mol/L KOH溶液中进行的恒流充放电和循环伏安测试表明,引入氮元素能够极大地改善碳气凝胶的电化学性能,最高比电容量达176 Fg-1,并且凝胶具有良好的电容特性和可逆性。     

铝纳米晶的低温导电特性研究

采用真空热压技术将电磁感应加热-自悬浮定向流法制备的铝纳米粉末压制成块体样品.通过X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜及X射线能谱分析了铝纳米晶的微观结构,并用四探针法测量了不同温度下(8—300 K)样品的电阻率,研究了铝纳米晶的电阻率(ρ)随温度的变化规律.结果表明:由于晶界(非晶氧化铝)对电子的散射以及晶界声子对电子的散射效应,低温(40 K)下,铝纳米晶的本征电阻率随温度变化关系明显不同于粗晶铝,不仅呈现出T~4变化,还表现出显著的T3变化规律.因晶界等缺陷和非晶氧化铝杂质对电子的散射,铝纳米晶残余电阻率比粗晶铝电阻率大5—6个数量级.