基于黄药子药渣制备微孔碳材料及其吸附氯霉素的研究

本文通过NaCl/KCl活化黄药子残渣制备微孔碳材料(DBL-800-AC)用于氯霉素的吸附研究。采用粉末X射线衍射仪(PXRD)、拉曼光谱仪(Raman)、比表面积及孔径分析仪(BET)等仪器表征碳材料稳定性、化学组成、石墨化程度和孔隙结构。探讨NaCl/KCl活化物、溶液pH、温度、氯霉素初始浓度和离子强度对氯霉素吸附性能的影响。采用NaCl/KCl活化剂进行活化后,DBL-800-AC的比表面积达到1634 m²/g,总的孔体积为0.85 m²/g,表明DBL-800-AC微孔碳具有丰富的孔隙结构。当pH值为5时,温度35℃时,DBL-800-AC吸附氯霉素的吸附量约900 mg/g。吸附过程中动力学模型符合二级动力学模型,等温模型可用Freundlich吸附等温模型描述。中药药渣制备的微孔碳材料是有效的去除水中氯霉素的吸附剂。     

孔道有序排列高容量S@C复合电极材料的制备及电化学性能

用氨水对木材进行预处理, 去除其中的木质素, 再经过高温碳化和活化处理, 得到孔道有序排列的多级孔径三维碳材料, 于150 ℃下熔融吸附硫, 得到高容量 S@C复合电极材料. 扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱及表面吸附实验等测试结果表明, 该碳材料呈现各向异性多级孔径的三维结构, 孔道与树干生长方向平行有序排列; 经过KOH活化后的碳材料孔道内壁上出现较多微孔, 从而具有较大的孔容和比表面积. 以S@C复合材料作正极组装了锂/硫电池, 电化学性能测试结果表明, 电池首次放电比容量达1595 mA·h/g, 接近于硫电极材料的理论比容量1670 mA·h/g.     

酚醛树脂包覆氧化天然石墨作为锂离子电池负极材料

天然石墨经过浓硫酸氧化处理,酚醛树脂包覆并高温碳化后形成具有核壳结构的碳包覆氧化天然石墨复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),激光显微拉曼光谱(Raman)等检测技术对氧化处理以及酚醛树脂热解碳包覆前后天然石墨材料的结构与形貌进行分析与表征.结果表明,氧化处理与适量的酚醛树脂热解碳包覆有效修复了天然石墨表面的一些缺陷结构,使其表面更为光滑.电化学测试结果显示,经过氧化处理与酚醛树脂热解碳包覆后天然石墨材料电化学性能得到明显提高.酚醛树脂包覆量为9%时,复合材料表现出最好的电化学性能,其首次放电比容量为434.0mAh·g-1,40次循环后,放电比容量保持在361.6mAh·g-1,而未经处理的天然石墨放电比容量仅为332.3mAh·g-1.该改性方法有效提高了天然石墨材料的比容量,对其进一步应用具有重要意义.     

纳米碳与石墨碳复合材料的电化学性能

在天然石墨(NG)中掺杂不同比例的碳纳米管(CNT)得到纳米碳与石墨碳的复合材料.电化学测试结果表明,在NG中掺杂质量分数为10%的CNT所得复合材料的电化学性能最好.经过20次充放电循环,该复合材料的放电容量比同样条件下的石墨提高15.9%.纳米碳管的中空式结构和不易塌陷的特点使复合材料的充放电容量和循环稳定性明显提高.     

酚醛树脂基球形微-介双阶多孔炭的软模板法制备

将苯酚和甲醛在碱性条件下聚合,然后在酸性条件下与软模板剂F127自组装形成中间相,经高温煅烧合成球形微-介双阶多孔炭。 通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附和热重分析技术对样品进行了形貌观察和性能测试。 结果表明,pH值、软模板剂用量和活化温度对样品形貌有调控作用。 当软模板剂F127的质量分数为20%、pH值为0.5和活化温度为700 ℃时,可制备出直径为100～200 nm的球形炭,球形粒子分散均匀,排列规整,呈明显蠕虫状排列的孔隙结构,比表面积为503 m2/g,孔容积0.416 cm3/g,介孔孔径集中分布在2.9 nm,微孔主要分布在1.3 nm。 随着活化温度升高,炭球的比表面积和孔容积增大,平均孔径减小。 F127的热解形成介孔结构,碳前驱体高温下的径向收缩形成微孔结构。     

离子交换树脂基多孔碳材料的制备及其CO_2吸附性能研究

以废弃的阳离子交换树脂为原料,采用Zn Cl2活化法,在原料与活化剂质量比为1:2情况下,研究了不同的活化温度(300℃、400℃、500℃、600℃)对多孔碳材料孔隙结构和CO2吸附性能的影响。通过N2吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对样品的孔隙结构和形貌进行了表征。采用变压吸附法,在常温常压下测试了样品对CO2的吸附性能,结果表明,随着活化温度的升高,多孔碳材料的比表面积、孔容、平均孔径等随之减小,当活化温度为400℃时,其微孔孔容比达到最大值49.6%,比表面积达到最大值1136 m2/g;当活化温度为600℃时,CO2吸附量达到了最大值9.2wt%(常温常压下),表明了CO2吸附量与比表面积大小无直接关系,受超微孔孔径分布的影响更大。     

Ag/TiO2复合材料的制备及其对碘离子的吸附研究

利用水解法制备了具有刺状表面结构的球形二氧化钛基体材料,并采用紫外光解法获得了均匀负载的Ag/TiO2材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、色散谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和BET等技术手段对材料的结构、形貌、组成成分及比表面积进行了分析表征。开展了Ag/TiO2复合材料对溶液中碘离子的吸附实验研究,考察并讨论了pH值以及共存离子(Cl-、F-、NO3-、SO42-和CO32-)对吸附的影响,结果表明,Ag/TiO2复合材料具有耐酸性强、吸附选择性高、吸附容量大(207mg/g)等特性。     

管壁具有球形介孔的左手螺旋二氧化硅纳米管的制备

通过双模板方法合成了一种管壁具有球形介孔的单手螺旋二氧化硅纳米管.其中,手性两亲性小分子的自组装体控制纳米管的形貌,三嵌段共聚物F127控制管壁中介孔结构和孔径.并借助透射电子显微镜、扫描电子显微镜、多通道物理吸附与孔径分布仪和X-射线多晶衍射分析方法对样品进行了表征.结果表明,此材料的比表面积高达799m2/g,孔径大约是5.7nm.     

多孔碳材料的制备

多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。     

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.     

Fabrication of carbon fibers with nanoporous morphologies from electrospun polyacrylonitrile/poly(L‐lactide) blends

Porous carbon nanofibers were prepared through electrospinning a blend solution of polyacrylonitrile and poly(L ‐lactide), followed by carbonization at different temperatures and in different atmospheres. Structural features of these porous carbon nanofibers were characterized using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, thermogravimetric analysis, X‐ray powder diffraction, and Raman spectroscopy. Surface area and pore structure were evaluated using the nitrogen adsorption technique. It was found that carbon fibers prepared by this scalable and relatively economical method exhibited a porous surface morphology with high specific surface area and large pore volume. The fiber diameter, surface area, pore volume, bulky crystalline structure, and surface crystalline structure of these carbon nanofibers showed a strong dependence on the polymer precursor composition and carbonization condition. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 47: 493–503, 2009     

Preparation of porous TiO2/silica composites without any surfactants

TiO₂-SiO₂ composites, with high specific surface area (up to 308 m²/g), large pore volume, and narrow distribution with average pore sizes of 3.2 nm, have been synthesized from wollastonite and titanium sulfate in the absence of any surfactants. Calcium sulfate, a microsolubility salt, plays an important role in the formation of pores in this porous TiO₂/silica composite. The microstructure and chemical composition of composite were characterized by X-ray diffractometry (XRD), transmission electron microscopy (TEM) equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray photoelectron spectrometer (XPS) and N₂ adsorption and desorption analysis. The as-prepared porous titanium dioxide-silicon dioxide composites with high specific surface area and well-crystallized anatase contents were used as an efficient photocatalyst.     

Sulfur-doped CMK-5 with expanded lattice for high-performance lithium ion batteries

Heteroatom-doped porous carbon materials are very attractive for lithium ion batteries (LIBs) owing to their high specific surface areas, open pore structures, and abundant active sites. However, heteroatom-doped porous carbon with very high surface area and large pore volume are highly desirable but still remain a big challenge. Herein, we reported a sulfur-doped mesoporous carbon (CMK-5-S) with nanotubes array structure, ultrahigh specific surface area (1390 m²/g), large pore volume (1.8 cm³/g), bimodal pore size distribution (2.9 and 4.6 nm), and high sulfur content (2.5 at%). The CMK-5-S used as an anode material for LIBs displays high specific capacity, excellent rate capability and highly cycling stability. The initial reversible specific capacity at 0.1 A/g is as high as 1580 mAh/g and simultaneously up to 701 mAh/g at 1 A/g even after 500 cycles. Further analysis reveals that the excellent electrochemical storage performances is attributed to its unique structures as well as the expanded lattice by sulfur-doping.     

由微孔棒状羟基磷灰石为模板合成的新型层次孔炭材料的电化学电容性能

电化学电容器已经成为极具潜力的可满足高功率需求的储能系统器件. 多孔炭具有大比表面积、高导电性、化学惰性、廉价及可调孔结构等优势, 因此成为电化学电容器最为常用的电极材料. 本文报道由微孔棒状羟基磷灰石为模板及蔗糖为碳源合成的新型具有层次孔道结构的孔炭材料的电化学电容器的性能. 采用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱及BET表面分析仪表征了合成的多孔炭的形貌及表面特性. 采用循环伏安法、交流阻抗图谱分析及恒流充放电评价多孔炭材料在1 mol·L^-1硫酸中的电化学电容性能. 多孔炭具有高的比表面积(719.7 m²·g^-1)和大的孔容(1.32 cm³·g^-1), 其无序的孔道由任意分布的微孔、坍塌的中孔及类模板形状的相互交织的棒状中孔组成. 随着炭化温度的增加, 微孔及棒状中孔的密度随之降低, 在炭化温度高达900℃时, 孔径分布图上出现了三个峰. 正是由于这些特殊的结构特征, 由900℃炭化得到的多孔炭制成的电极展示出很好的电化学电容性能.     

有序中孔炭的电化学储氢性能

将蔗糖、聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯三嵌段共聚物和硅源构成的复合物进行预炭化、炭化和除硅处理合成出有序中孔炭, 采用XRD、TEM、HRTEM和N2吸脱附等手段对其进行表征, 并将有序中孔炭制成电极开展恒流充放电储氢性能研究. 结果显示, 具有较高比表面积(720 m2·g-1)和孔容(0.86 cm3·g-1)的有序中孔炭材料的电化学储氢容量为70.1 mAh·g-1, 高于具有相对较低比表面积(610 m2·g-1)和孔容(0.66 cm3·g-1)的有序中孔炭储氢容量(64.1 mAh·g-1). 通过与单壁碳纳米管电极(25.9 mAh·g-1)的对比, 表明有序中孔炭具有良好的电化学储氢性能和更高的电化学活性.     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

百香果皮基原位氮掺杂多孔碳/硫复合正极的制备及储锂性能

以生物质百香果皮为碳源,KHCO₃为活化剂,采用同步活化碳化方法制备原位氮掺杂的分级多孔碳材料,将其与单质硫复合制得多孔碳/硫正极材料。通过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）等表征技术对制备材料的物相组成、微观形貌、比表面积及孔结构进行研究分析。同时,利用紫外可见吸收光谱研究了多孔碳对多硫化物的吸附作用,用恒电流充放电测试了不同硫含量（60%~80%）的多孔碳/硫复合正极材料的电化学性能。结果表明,制得的多孔碳材料为无定型,具有1 093 m²·g^-1的高比表面积和0.63 cm³·g^-1的孔容;丰富的多孔结构和原位氮掺杂对多硫化物的物理化学协同吸附作用,有效降低了锂硫电池的“穿梭效应”,提高了电池的放电比容量和循环性能。硫含量为60%的多孔碳/硫复合材料,在0.05C和0.2C倍率下可释放1 057.7和763.4 mAh·g^-1的高初始放电比容量,在1C的高倍率下循环300次后的保持率为75%。     

多孔碳材料的化学气相后处理及其超级电容性能

以廉价的椰壳为原料制备了高比表面积的多孔碳材料,然后在密闭的反应釜中以硝酸蒸汽对多孔碳材料进行了后处理,制备了亲水性更好的多孔碳材料。采用扫描透射电子显微镜(TEM)、物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和接触角测试对材料的微观形貌、孔道结构、组成和亲水性进行了表征,探究了不同温度下硝酸蒸汽对多孔碳材料的形貌、结构的影响,并采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法考察了多孔碳材料的超级电容性能。结果表明,经过硝酸蒸汽处理后的多孔碳材料的比表面积和孔体积均有所降低,且随着处理温度的升高,降低得更加明显,而亲水性却越来越好。电化学测试结果表明,经过100℃硝酸蒸汽处理的多孔碳材料(CSC-100)具有最佳的超级电容性能。在以6 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时CSC-100的比电容可达452.9 F·g^-1,而未经硝酸蒸汽处理的多孔碳材料(CSC)的比电容仅为350.4 F·g^-1。电容贡献分析表明CSC-100良好的亲水性和表面官能团不仅提高了双电层电容,也提高了赝电容。     

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用

采用球磨法将酸功能化碳纳米管（AMWCNTs）与环糊精均匀混合。 酸功能化有利于增强碳管和环糊精间的相互作用,从而使二者形成均匀、有效的复合。 在N2气保护下碳化并经后续的ZnCl2活化处理,最终获得酸功能化碳纳米管/多孔碳(PC)复合体材料。 采用透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等方法对材料结构进行了表征。 结果表明,碳纳米管在多孔碳骨架内均匀分布,并且复合体同时具有较高的比表面积和良好的导电性。 循环伏安及恒流充放电等电化学测试表明,由于二者的协同作用及碳纳米管在多孔碳骨架内均匀、有效的复合,材料具有较好的电化学储能性能和良好的电化学稳定性。 电流密度为0.5 A/g时,AMWCNTs/PC12-4（其中12代表β-环糊精和AMWCNTs的质量比,4代表酸化碳纳米管/β-环糊精碳与氯化锌的质量比）复合材料的质量比电容为156 F/g,远远高于AMWCNTs（43 F/g）和PC-4（87 F/g）。 经5000次循环后,电极比电容无明显衰减,而且每次恒流充放电的库仑效率均大于99.9%,说明复合材料具有良好的稳定性,是非常有前景的超级电容器电极材料。