二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能

本文采用市售纳米硅为硅源,以软化点低、得碳率高、价格便宜的煤沥青作为碳源,通过两步包覆法制备了煤沥青基硅/碳(Si/C/C)复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的粒径在300~350 nm间,Si纳米粒子被C包覆并相互连结成C-Si-C网络结构,其中Si含量为27%的硅/碳复合物(Si/C/C-27%)作为锂电池电极材料表现了良好的储锂性能。 在0.1 A/g的小电流密度下,Si/C/C-27%的放电比容量为1281 mA·h/g;在3 A/g的大电流密度下,其放电比容量仍能保持在582 mA·h/g,表现了良好的倍率性能。Si/C/C-27%在2 A/g的电流密度下经过100次的循环后其比容量保持率为76.61%,表现了良好的循环稳定性。 相比于煤沥青基碳的一次包覆所得的硅/碳复合材料(Si/C),Si/C/C有效提高了Si纳米粒子的导电性并抑制了其在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀。 本文提出的二次包覆的新方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料提供了新的研究思路。     

蟹壳基氮/氧共掺杂多孔炭的原位制备及其超级电容器性能

采用废弃蟹壳为碳源,KOH为活化剂原位制备了氮/氧共掺杂多孔炭,并研究其作为电极材料在超级电容器中的应用。 固定蟹壳与KOH的质量比为5:3,考察了煅烧温度对所得炭材料产率、孔结构和氮氧含量的影响。 结果表明,蟹壳基炭材料的孔结构和氮/氧含量可通过改变煅烧温度调变。 随着煅烧温度从500 ℃上升至700 ℃,多孔炭的比表面积和孔体积逐渐增大,而氮/氧含量随温度升高则降低。 采用循环伏安和恒流充放电对所得材料的电化学性能进行测试。 结果表明,所得多孔炭的电化学性能取决于其孔结构与氮/氧表面性质的协同作用,其中煅烧温度为600 ℃所得的多孔炭比表面积为612 m²/g,氮和氧含量分别为3.53%和32.8%,在50 mA/g的电流密度下比电容达到310 F/g,循环1000次比电容仍然保持95%以上,展现出良好的电化学性能。     

原位氮掺杂碳包覆CoxP复合物的制备及其锂电性能

以类沸石咪唑酯骨架化合物ZIF-67为钴源、碳源和氮源前驱体,红磷作为磷源,在800 ℃煅烧直接制备氮掺杂碳包覆的Co₂P@N-C和CoP@N-C复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的组分可以通过调控ZIF-67和红磷的比例而改变。 所得复合物的结构为正十二面体,尺寸约250~400 nm,具有良好的导电性。 用作锂离子电池电极材料时,在电流密度为0.05 A/g下,Co₂P@N-C和CoP@N-C复合物首次放电容量分别达到942和1170.6 mA·h/g。 在1 A/g的电流密度下,经过500次循环容量依然可以保持在306.6和180.3 mA·h/g。 论文提供了一种绿色环保制备锂电池用磷化钴/碳复合物的简易方法。     

石墨烯迷你马达的自组装制备及其乙醇驱动运动和油品吸附性能

石墨烯三维(3D)宏观体多集中在厘米尺度并为实心对称结构,且存在“小尺寸”和“低密度”难以协调的矛盾。 本文以氧化石墨烯为前驱体、苯胺为交联剂,在电动搅拌下通过剪切力驱动聚集和毛细管力干燥协同自组装制备球状氧化石墨烯水凝胶,经过高温还原得到石墨烯迷你马达。 所得石墨烯迷你马达具有尺寸小(直径2~5 mm)、密度低(0.2~0.7 g/cm³)、内部空心结构以及疏水亲油的性能。 上述结构特征赋予其乙醇驱动运动和油品吸附性能。 研究表明,充分浸泡乙醇的石墨烯迷你马达在水中可以展现出自转速度3 r/s的无规则快速运动;对水中植物油的饱和吸附量约为794.9 mg/g。     

氧化石墨烯基柔性发电机的构筑及其水蒸发发电性能

如何利用自然界广泛存在的水蒸发能是一个具有挑战性的课题。 以表面具有丰富官能团和优异亲水性的氧化石墨烯(GO)做发电材料,以肼还原制备的还原氧化石墨烯(RGO)作电极材料,通过简单滴注法在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底上构筑GO/RGO的柔性发电机,并研究其水蒸发诱导的发电性能。 结果表明,固定GO薄膜发电机的工作面积为4.5 cm×1.5 cm,以室温自然水蒸发为驱动力,可以输出90 mV的开路电势(V_oc)以及0.6 μA的短路电流(I_sc),最大功率密度可达1.25 μW/cm³。 该驱动器同时展示出优异的柔性和较高的稳定性。 通过控制体系的水蒸发发生与否,并基于经典流动电势理论,提出了水蒸发诱导的GO/RGO柔性发电机的发电机制。 提出了步骤简易、成本低廉、性能稳定的水蒸发驱动的发电机制备新思路,为新型水蒸发能的利用提供了新途径。     

氯化钠模板诱导木质素基多孔炭的制备及其超级电容器性能

以木质素为碳源,氯化钠为模板,通过低温回流使木质素包覆在氯化钠外层,高温煅烧获得木质素基多孔炭,研究了其作为电极材料在超级电容器中的应用。 结果表明,改变煅烧温度可调控所得样品的孔结构,其比表面积在548~600 m²/g之间可变,且随着煅烧温度升高,比表面积和孔体积先增大后减少。 700 ℃煅烧所得样品具有最大的比表面积,并表现出最高的电容性能,其在6 mol/L KOH电解液中比电容可达252 F/g,有效面积电容高达31.2 μF/cm²,模板氯化钠可清洗分离并可循环利用。 提出了一种废弃物高附加值制备超级电容器用多孔炭的绿色方法。     

一种测定高酸度水溶液有效酸度的固态电化学传感器

以循环伏安法在石墨电极表面电聚合制备了新型全固态邻氨基酚-邻苯二胺共聚物薄膜修饰电极,采用循环伏安法研究了此电极在H~+的有效浓度为1.00×10~(12)~10.0 mol/L范围内的电化学响应,结果表明,还原峰电位与溶液的有效酸度分别在1.00×10~(10)~0.10 mol/L、0.10~2.00 mol/L和2.00~10.0 mol/L 3段浓度范围内呈良好的线性响应,线性回归方程分别为E_(pc)=0.0456lg C(H~+)-0.295,E_(pc)=0.0803C(H~+)-0.309,E_(pc)=0.0278C(H~+)-0.188。在有效酸度为1.00~8.00 mol/L的H_2SO_4、HNO_3或者HCl O_4溶液中亦有类似的线性响应。此电极制备方法简单,酸度测试范围宽至1.00×10~(10)~10.0 mol/L,为开发新型高酸度固态电化学传感器奠定了基础。     

超亲水/水下疏油高硅布的制备及其油水分离性能

以机械强度高、柔性好和耐热耐酸的高硅布(HSC)为基底，通过一步接枝法和自聚合法对其浸润性给予改性。采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为“双面胶”接枝在其表面：一面利用静电作用沉积纳米SiO₂提供表面粗糙度，另一面聚合具有强亲水性的聚多巴胺(PDA)，获得了超亲水/水下疏油高硅布(APTES/SiO₂/PDA@HSC)。研究了不同尺寸(50、300和500 nm)的SiO₂对油水分离性能的影响，发现随着SiO₂尺寸增加，分离效率逐渐降低，其中APTES/50 nm SiO₂/PDA@HSC的油水分离性能最好。它的水接触角为0(°)，表现出明显的水下疏油性能，对汽油-水混合物分离效率为98%，滤液含油量低至37 mg/L，油水混合物通量为7184 L/(m²·h),10次循环分离效率仍能达到97.4%，对花生油和泵油也有明显的油水分离效果。