二氧化硅/木质素多孔碳复合材料的制备及作为锂离子电池负极材料的性能

将来源于造纸黑液中的碱木质素(AL)通过水热反应与纳米二氧化硅(SiO_2)复合,制备了二氧化硅/季铵化碱木质素复合物(SiO_2/QAL),再经过碳化和酸洗后得到二氧化硅/木质素多孔碳复合材料(SiO_2/PLC).形貌与结构表征结果表明,SiO_2/PLC的比表面积达到1069 m~2/g,具有平均孔径约20 nm的介孔结构.二氧化硅纳米颗粒均匀分散在三维网络结构的木质素多孔碳内部.电化学性能测试结果表明,SiO_2/PLC作为锂离子电池负极材料具有良好的倍率性能和循环性能,在100 mA/g电流密度下经过100周循环后放电比容量为820 mA·h/g,在5 A/g大电流密度下嵌锂容量达到235 mA·h/g.     

碳气凝胶活化对于电极嵌锂性能的影响

碳气凝胶由于其对于可充电锂离子电池的高能嵌锂特性, 近年来受关注程度逐渐增加. 碳气凝胶以间苯二酚-甲醛在碳酸钠催化下, 通过溶胶-凝胶工艺、常压干燥技术、碳化、活化后制得. 经CO₂气体活化后的碳气凝胶结合了无定型和纳米多孔结构的优点, 在材料原有基础上丰富了多孔结构, 增加了嵌锂点位. 其中, 微孔提供了高比表面积和孔体积以容纳锂及其化合物; 介孔则提供了锂离子大量传输的通道, 从而使得电极具有更高的离子电导率. 这些微结构的优化使材料获得了更高的嵌锂比容量. 此外, 活化碳气凝胶显示了2032 m²·g^-1的比表面积. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的测试结果分别表明了其无定型特质以及纳米颗粒的网络状骨架. 该材料在首次和第50次恒流充放电(50 mA·g^-1)循环的嵌锂容量分别为3870和352 mAh·g^-1, 对应的可逆容量分别为658 和333 mAh·g^-1. 表明了CO₂活化对于改善碳气凝胶嵌锂性能的可行性, 且对于其它多孔电极材料的制备及特性优化提供了一种途径.     

高容量锂离子电池核壳型硅/碳复合电极材料的制备与性能

通过自组装方式采用一步法制备了锂离子电池硅碳复合电极材料.使用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等对样品结构进行表征.结果表明,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包覆的纳米硅颗粒(Si@PVP)均匀嵌入到具有三维网络纳米孔结构的导电石墨化炭黑(GCB)骨架中,形成核壳复合型(Si@PVP-GCB)纳米颗粒,既提高了该复合电极材料的导电性能,又改善了材料的机械强度.在纳米级GCB颗粒内部存在的中空石墨环结构和包覆在纳米Si颗粒外面的PVP包覆层都有效缓冲了纳米Si颗粒在充放电过程中较大的体积变化,从而使纳米Si颗粒更加稳定.电化学测试结果表明,Si@PVP-GCB电极材料在电流密度为50 m A/g时,经过100次循环后其可逆容量仍达到545 m A·h/g时,远高于商品化的石墨微球(GMs)电极材料的容量(理论容量为372 m A·h/g).     

酚醛/SiO2双体系凝胶网络结构杂化气凝胶的制备与性能

通过Sol-Gel反应过程控制,调节酚醛树脂(PR)溶液和SiO2溶胶液的凝胶时间,共凝胶反应制备PR和SiO2凝胶网络互穿的PR/SiO2杂化气凝胶.考察了杂化气凝胶表观密度、收缩率、孔结构、微观形貌、热稳定性和力学性能随SiO2气凝胶含量的基本变化规律.研究结果表明：伴随SiO2气凝胶含量的增加,PR/SiO2杂化气凝胶表观密度正比增加;同纯PR有机气凝胶相比,杂化气凝胶孔结构得到明显改善,当[TEOS] = 1.50 mol/L时,平均孔径减小了一半,降至0.25 μm,比表面积由24.60 m2/g增至44 m2/g左右;微观形貌照片显示有机气凝胶网络骨架中的大孔逐渐被SiO2溶胶粒子填充,变成更细小疏松的孔结构形貌,孔径分布明显变宽,SiO2气凝胶在PR凝胶骨架中纳米尺度内均匀分散;无机SiO2气凝胶的引入能有效提高有机气凝胶骨架结构的强度和热稳定性,纳米分散SiO2溶胶粒子的热阻隔效应抑制了PR有机骨架的热分解速率,当[TEOS] = 1.00 mol/L时,杂化气凝胶的Tmax由539 °C提高到602 °C,热分解温度区间明显展宽.     

纤维素纳米晶模板法制备多级孔炭材料及其电化学性能

以纤维素纳米晶(CNC)为模板,酚醛树脂为碳源,KOH为活化剂,通过高温碳化制备了多级孔炭材料.采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对合成的一系列炭材料进行了表征.结果表明,前驱体中CNC的降解会形成与CNC直径相当的介孔,KOH活化则会导致炭材料产生大量的微孔和大孔,以及部分4 nm左右较小尺度的介孔,所制备炭材料呈现明显的多级孔特性,其比表面积达554.7 m²/g,总孔体积为0.323 cm³/g.以CNC为模板,KOH活化的炭材料作为电极材料时,在1.0 A/g电流密度下其比电容达202.8 F/g,当电流密度升高至40.0 A/g时,其电容保持率仍达69%,表明该炭材料具有优异的倍率性能;由该电极材料组装的超级电容器在10000次充放电循环后,电容保持率达95%以上,具有良好的循环稳定性.     

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.     

原位限域生长策略制备有序介孔碳负载的超小MoO_3纳米颗粒（英文）

采用原位限域生长策略制备了一系列有序介孔碳负载的超小MoO_3纳米颗粒复合物(OMC-US-MoO3).其中,有序介孔碳被用作基质来原位限域MoO_3纳米晶的生长.依此方法制备的MoO_3纳米晶具有超小的晶粒尺寸(5 nm),并在介孔碳骨架内具有良好的分散度.制得的OMC-US-MoO_3复合物具有可调的比表面积(428～796m~2/g)、孔容(0.27～0.62 cm~3/g)、MoO_3质量分数(4%～27%)和孔径(4.6～5.7 nm).当MoO_3纳米晶的质量分数为7%时,所得样品OMC-US-MoO_3-7具有最大的孔径、最小的孔壁厚度和最规整的介观结构.该样品作为催化剂时,表现出优异的环辛烯选择性氧化性能.     

惰性盐辅助合成介孔石墨化碳片及其电容性能

以惰性盐KCl为模板、硝酸镍为金属催化剂镍源、葡萄糖为碳源,通过碳化处理制备了介孔石墨化碳片。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪和比表面测试仪对介孔石墨化碳片进行了表征。探讨了碳片形成的机理,采用三电极测试体系研究了介孔石墨化碳片电极材料的电化学性能。结果表明,10 g KCl制备的碳片比表面积最大(989 m2·g-1),在6 mol·L-1KOH电解液中,当电流密度为0.5 A·g-1时,比电容达到180 F·g-1;当电流密度达到10 A·g-1时,比电容维持在148 F·g-1,显示了电极具有较好的倍率性能;在10 A·g-1条件下,2 000次循环充放电测试后电容没有发生衰减,展示了在超级电容器方面的应用潜力。     

石油沥青基纳米碳球的制备及其电化学性能研究

以石油沥青为碳源, 在空气中将其加热到450 ℃制备出纳米碳球(CNBs), 经1500 ℃氮气气氛中加热纳米碳球3 h后得到高温处理的纳米碳球(H-CNBs). 采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱和红外光谱对所制备的产物进行了结构表征. 结果表明: 制得的CNBs的粒径在50～80 nm之间, 石墨化程度不高, H-CNBs粒径没有改变但石墨化程度有所提高, 推测了CNBs的形成机理. 用恒流充放电测试分别对CNBs和H-CNBs的电化学性能进行了研究, 在电流密度为1 C时, 其首次放电比容量和经过100圈之后的放电比容量分别为1260 mAh/g和500 mAh/g, 413 mAh/g和200 mAh/g之上, 同时这两种纳米碳球的首次充放电的库伦效率较低, 分别经过10圈和30圈后可以稳定在98%左右. CNBs在经历0.1 C, 1 C, 5 C, 10 C循环回到0.1 C时, 容量几乎完全恢复.     

生物质纳米碳膜的制备及其电化学性能

将衰老叶片用H₂SO₄进行水热氧化得到氧化水合碳前驱体，前驱体经烘干研磨在KOH存在下进行碳化得到生物质纳米碳膜(LS-OCM),通过FT-IR,XRD、TEM、SEM、AFM、XPS及N₂吸附-脱附等测试手段对其材料组成和微观形貌进行表征。TEM、SEM及N₂吸附-脱附分析显示，制得生物质纳米碳膜材料(LS-OCM)既保留叶片原有的叶脉结构又形成丰富多级的孔道结构，比表面积约为450.7 m²/g,孔径分布较窄，平均孔径为3.8 nm; AFM分析显示，LS-OCM类似二维纳米膜，片层平均厚度在1.6 nm左右；XPS及XRD分析表明，该材料中C主要以C=C形似存在，为类石墨烯碳膜。电化学性能分析表明，在电流密度为0.25 A/g下，LS-OCM比电容为262.58 F/g,循环100圈，比电容仍然可达150.8 F/g,表明材料具有良好的稳定性。     

Wood‐Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels

Carbon aerogels with 3D networks of interconnected nanometer‐sized particles exhibit fascinating physical properties and show great application potential. Efficient and sustainable methods are required to produce high‐performance carbon aerogels on a large scale to boost their practical applications. An economical and sustainable method is now developed for the synthesis of ultrathin carbon nanofiber (CNF) aerogels from the wood‐based nanofibrillated cellulose (NFC) aerogels via a catalytic pyrolysis process, which guarantees high carbon residual and well maintenance of the nanofibrous morphology during thermal decomposition of the NFC aerogels. The wood‐derived CNF aerogels exhibit excellent electrical conductivity, a large surface area, and potential as a binder‐free electrode material for supercapacitors. The results suggest great promise in developing new families of carbon aerogels based on the controlled pyrolysis of economical and sustainable nanostructured precursors.     

高功率超级电容器用介孔炭电极材料

以纳米CaCO3为模板、蔗糖为前躯体制备超级电容器用介孔炭电极材料.材料的结构由氮吸附、TEM表征,借助恒流充放电、循环伏安和交流阻抗评价了其在6 mol.L-1KOH电解液中的电化学电容性能.结果表明,蔗糖基介孔炭的比表面积606 m2/g,富含10~30 nm的介孔.恒流放电法测得介孔炭在电流密度50 mA/g下的比电容为125 F/g,大电流倍率性能特别突出.电流密度增大到20 000 mA/g,比电容还保持有88F/g,远高于进口电容炭,该介孔炭是一种很有前景的高功率超级电容器炭电极材料.     

木质素纳米炭的制备及作为锂离子电池负极的性能研究

采用生物炼制工业中残渣提取的酶解木质素与乙酸锌在碱性条件下水热复合, 制备出低分子量木质素/氧化锌复合物(LWL/ZnO), 再通过碳化和酸洗后得木质素纳米炭材料(NLC). 通过对其形貌结构进行表征后发现, NLC呈粒径小于50 nm的纳米颗粒结构, 比表面积为833.25 m²/g, 介孔率高达58.07%, 其中孔径约10 nm的介孔发达. 电化学性能测试结果表明, NLC作为锂离子电池负极材料具有良好的循环性能和倍率性能, 在200 mA/g的电流密度下循环200次后仍能保持705 mA·h/g的可逆比容量.     

Preparation and lithium storage performance of silicon and carbon microrods by chemical vapor co-deposition

Silicon/carbon microrods are co-deposited on copper substrate and graphite spheres surface using dimethyl dichlorosilance as carbon and silicon precursor. The obtained composites are characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The experimental results show that silicon/carbon microrods deposited on the copper substrate, whose diameter is about 500 nm, are accumulated into sisallike morphology, those deposited on the graphite spheres surface form hedgehog-like feature, whose diameter is about 200 nm and whose top is like cauliflower. When current density of 50 mA/g is applied, charge capacity of silicon/carbon microrods is 1492 mA h/g (deposited on copper substrate) and 693 mA h/g (deposited on the graphite spheres surface). Moreover, silicon/carbon microrods deposited on the graphite spehres and copper substrate respectively deliver the capacity of 592, 985 mA h/g, and display no capacity decay at all after the 20 cycles, when cycled under current density of 500 mA/g.     

Physical Properties of Silica Aerogels Prepared with Polyethoxydisiloxanes

Silica aerogels were made by sol-gel techniques using industrial silicon derivatives (polyethoxydisiloxanes, E-40), followed by supercritical drying with ethanol. The morphology and microstructure of the silica aerogels were investigated by using specific surface area, S_BET, SEM, TEM and the pore size distribution techniques. The thermal conductivity was also measured as a function of air pressure. The results show that the diameter of the silica particles is about 13 nm and the pore size of the silica aerogels is 20–80 nm. The specific surface area of the silica aerogel is about 470 m²/g and the thermal conductivity of the silica aerogel prepared with E-40 is 0.014 w m^–1 K^–1 at room temperature and 1 atm.     

Ultralight,High Capacitance,Mechanically Strong Graphene-Cellulose Aerogels

With increasing energy demand driving the need for eco-friendly and efficient energy storage technology, supercapacitors are becoming increasingly prevalent in wearable devices because of their portability and stability. The performance of these supercapacitors is highly dependent on the choice of electrode material. The high capacitance and mechanical properties needed for these materials can be achieved by combining graphene’s stable electrical properties with renewable cellulose’s excellent mechanical properties into porous aerogels. In this study, graphene-cellulose hydrogels were prepared by a one-step hydrothermal method, with porous, ultra-light, and mechanically strong graphene-cellulose aerogels then prepared by freeze-drying. These composite aerogels possess excellent mechanical strength and high specific capacitance, capable of bearing about 1095 times the pressure of their own weight. Electrochemical tests show the specific capacitance of these composite aerogels can reach 202 F/g at a scanning rate of 5 mA/cm². In view of their high surface area and fast charge transport provided by their 3D porous structure, graphene-cellulose aerogels have great potential as sustainable supercapacitor electrodes.     

铜包覆多孔硅基材料p-Si@Cu(x)的制备与性能

在球形SiO_2颗粒表面包覆适量的CuO,经还原得到铜包覆的多孔硅复合材料[p-Si@Cu(x)].利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积分析等手段对样品的组成、物相结构、微观形貌和孔结构进行分析,并初步研究了材料的循环性能和倍率性能.结果表明,铜包覆量x=0.05时,在100 mA/g电流密度下,样品的首次放电容量为3596.9 mA·h/g,首次充电容量为2590.7 mA·h/g,首次库仑效率为72.03%;在1C倍率下可逆容量为1004.9 mA·h/g,0.1C倍率下循环100周后的可逆容量仍为1706.5mA·h/g,容量保持率为76.1%.     

Control of mesoporous structure of aerogels derived from cresol-formaldehyde

Polycondensation of a cresol mixture (C(m)) with formaldehyde (F) in basic aqueous solutions leads to formation of highly cross-linked C(m)F aquagels that can be supercritically dried with carbon dioxide to form organic C(m)F aerogels. Aerogels synthesized with different catalyst contents and reactant concentrations are characterized by low-temperature nitrogen adsorption. The present experimental results suggest that the C(m)F aerogels are typical mesoporous materials and have almost no micropores in bulk. The microstructure of the organic C(m)F aerogels can be controlled and tailored effectively by varying synthesis conditions during the initial sol-gel process. C(m)F organic aerogels with specific surface area as high as 627 m(2)/g and corresponding pore volume 2.06 ml/g have been obtained with a dominant pore size of 30 nm. C(m)F organic aerogels with peaky pore size distributions concentrated at 11 nm have also been prepared.     

碳微球模板制备LaMnO3及其电化学性能研究

以葡萄糖为碳源采用水热法制备出碳微球,再将其作为模板剂,柠檬酸作为络合剂,去离子水和乙醇作为溶剂,经混合搅拌、沉淀和去除模板剂等步骤,由La(NO₃)₃·6H₂O和Mn(NO₃)₂制备LaMnO₃。采用粉末X射线衍射、场发射扫描电镜、N₂吸附-脱附等对LaMnO₃进行表征分析,并对其电化学性能进行了测试。结果表明,碳微球模板可制备出层状多孔结构的LaMnO₃,其具有良好的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性,比表面积为26m²/g,将其制备成铝-空气电池空气电极催化剂,在电流密度20mA·cm^-2时放电电压可达1.476V,高于共沉淀法制备的LaMnO₃的放电电压。     

三维交联石墨烯纳米纤维的合成及储锂性能

以氧化石墨烯为原料, 高温下自组装得到高结晶的三维交联石墨烯纳米纤维. 扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测结果表明, 三维石墨烯纳米纤维为实心结构, 直径小于100 nm, 石墨烯片层有序排列卷曲, 具有较高的结晶度. 电化学性能研究结果表明, 该纳米纤维作为锂离子电池负极材料时, 展现出较高的首次库仑效率(72.4%)与储锂容量(0.1C倍率下容量为692.7 mA·h/g)、 良好的倍率性能(20C倍率下容量为373.3 mA·h/g)及优异的循环稳定性(1000次循环后容量保持率为84.1%).