锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅰ．表面的氧化、还原处理对碳材料电极性能的影响

通过各种氧化／还原体系对碳材料进行表面氧化、还原处理,研究了碳材料表面的痕量有机含氧官能团对以碳材料作为锂离子电池负极的电池性能的影响．结果表明,碳材料表面大量有机含氧官能团的存在将引起电池性能的严重恶化;相应地如对电极表面进行一定的还原处理、以减少碳表面有机官能团的含量及其氧化程度则可提高电极（碳材料）的容量及首次循环效率．文中还结合碳材料表面有机官能团对电解液溶剂的分解反应以及碳电极表面钝化膜形成的影响进行了解释．     

钒液流电池用碳纸电极改性的研究

采用红外光谱和扫描电镜等手段研究了浓硫酸处理前、后碳纸的表面结构和形貌的变化。并将这类碳纸用作全钒液流氧化还原电池电极材料,对其电化学性能进行了详细研究。结果表明通过酸处理,碳纸表面有-COOH官能团生成,其电化学活性增强。酸处理后的碳纸电极组装成的电池在电流密度20 mA·cm^-2时有良好充放电性能,平均电流和电压效率达到95%和82%。     

全钒氧化还原液流电池碳素类电极的活化

近年来,全钒氧化还原液流电池(VRFB)作为一种新型的储能电池备受关注,作为VRFB的核心材料,电极的活化一直都是研究的热点。碳素类材料,如碳毡和石墨毡,以其低成本和高性能被广泛用作钒电池电极。通过活化处理增加碳素类电极表面的含氧、含氮官能团或引入各种催化剂可以显著提高V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)电对氧化还原反应的电化学活性和可逆性,进而提高VRFB的总体性能,最终促进VRFB的商业化进程。本文综述了VRFB碳素类电极的氧化活化法、掺杂活化法和碳纳米催化剂活化法等几种常用活化方法的研究进展,并对VRFB碳素类电极的进一步研究和应用前景进行了展望。     

碳催化剂在催化反应中的应用

由于碳材料表面存在缺陷,可生成具有不同性能的活性位,因此可催化不同的热催化反应.我们首先介绍了单质碳材料的表面结构化学:其表面活性位主要为含杂原子官能团;然后对其可催化的反应进行了介绍:碳单质材料可催化选择性氧化反应、高级氧化反应、还原反应、烷烃活化反应、酸催化反应、电催化还原和氧化反应等.对碳单质催化剂的制备方法、所...     

木材表面改性的XPS分析

利用微波等离子体对木材表面进行处理，并诱导引发接枝甲基丙烯酸甲酯；达到表面改性的效果以提高木质材料的性能，利用X射线光电子能谱(XPS)对木材表面改性前后的表面化学结构进行分析；结果表明：木材经微波等离子体处理，表面氧与碳的原子浓度比(no／nc)增加，产生大量的含氧官能团或过氧化物，从而引发木材与甲基丙烯甲酯单体产生接枝共聚反应。     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼(CNCs)为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1 A·g-1下比电容最高可达到255 F·g-1,比纯CNCs的188 F·g-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100 A·g-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167 F·g-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10 A·g-1的电流密度下循环10 000圈后,CNC-6M样品的比电容由196 F·g-1下降到176 F·g-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

基于环糊精的介孔碳材料的制备及催化性能

以羟丙基-β-环糊精为结构导向剂,正硅酸乙酯为硅前驱物,通过高氯酸铵氧化联合硬模板技术合成了一系列孔径可调的介孔碳材料.采用氮气吸附-脱附实验、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对碳材料的结构和表面化学性质进行了表征;并以水合肼还原对硝基甲苯反应为模型,研究了介孔碳材料对硝基芳烃还原反应的催化性能.实验结果表明,所得材料具有蠕虫状孔系结构,有较高的比表面积和孔容、较窄的孔径分布范围、较多的含氧官能团和较高的催化活性;且以高氯酸铵室温氧化合成的介孔碳的催化活性最高,产物收率达到88.48%;介孔碳循环使用4次后仍然保持良好的催化活性.     

碳毡电极的表面改性——Ⅱ.碳毡表面HNO_3化学改性对电极性能影响

对碳毡表面HNO_3化学改性引起电极性能的变化进行较详细研究。物理分析数据表明,由于HNO_3氧化处理,碳毡表面亲水性含氧官能团含量增加及HNO_3分子易嵌入并吸引高温碳毡石墨层状结构中的电子使空穴增多,电极表面浸润性和导电性明显提高。碳毡比表面也因HNO_3腐蚀作用有所增加。另外,循环伏安分析结果指出,在表面改性电极上Cr~(3+)/Cr~(2+)及Fe~(3+)/Fe~(2+)反应电化学活性增强,不仅峰值电流I_(pa)、I_(pa)随HNO_3氧化时间增长明显加大,而且峰电位差△Ep(=E_(pa)-E_(pc))变小,反应更趋可逆。还因为催化剂Pb沉积量增加而提高了其催化活性,经HNO_3氧化处理后的碳毡表面更利于Cr~(3+)/Cr_(2+)反应进行,其I_(pa)、I_(pc)值的增加明显高于Fe~(3+)/Fe~(2+)反应。     

氧化石墨烯还原程度的控制

石墨烯作为只有一个原子层厚度的二维碳材料,具有优异的柔韧性、导电性等一系列优点,从而广泛应用于许多领域。氧化还原法是最常用且最有前景的石墨烯制备方法,然而在氧化过程中,大量含氧官能团的生成破坏了石墨烯的共轭结构,因此需要去除含氧官能团得到还原氧化石墨烯,以修复结构、恢复其高导电性。而许多领域运用石墨烯时,既需要其具有高导电性,又有一定量的含氧官能团或缺陷。因此,控制氧化石墨烯的还原程度尤为必要,既要充分利用含氧官能团的优点并保证石墨烯的导电性,又要根据石墨烯的应用需求,得到官能团种类及含量可控的还原氧化石墨烯,从而实现石墨烯材料的多元化应用。本文综述了近年来化学还原法、热还原（包括热退火和水/溶剂热还原）法和电化学还原法控制氧化石墨烯还原程度的研究现状,总结了几种方法的还原机制和效果以及部分还原氧化石墨烯的应用并进行了展望。     

固体氧化物直接碳燃料电池阳极反应过程分析

以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为电解质组装成直接碳燃料电池(DCFC),分别以活性炭(AC)、石墨(G)、神府半焦(SC)作为DCFC燃料,研究了碳燃料的特性、电池操作温度以及阳极反应气氛等对DCFC阳极反应过程的影响。结果表明,三种碳燃料在空气、CO₂气氛中氧化反应活性顺序为AC > SC > G,当三种碳材料作为DCFC燃料时,活性炭作为燃料的DCFC性能最好,半焦燃料次之,石墨作为燃料的DCFC性能最差,而且燃料反应活性与其表面含氧官能团、孔隙结构有关;DCFC的阳极反应过程存在碳燃料直接氧化为CO₂、CO₂与C反应转化为CO,以及CO氧化为CO₂等。     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼（CNCs）为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1A·g^-1下比电容最高可达到255F·g^-1,比纯CNCs的188F·g^-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100A·g^-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167F·g^-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10A·g^-1的电流密度下循环10000圈后,CNC-6M样品的比电容由196F·g^-1下降到176F·g^-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

酸处理活性炭催化水合肼还原硝基苯(英文)

以水合肼为还原剂,采用硝酸、盐酸、硫酸及氮气或氢气氛处理的活性炭为催化剂,考察了其催化硝基苯还原反应性能.结果表明,经化学处理后,活性炭表面形成了各种含氧官能团,它们可引发水合肼分解,并影响硝基苯的吸附.活性炭表面形成的含氧官能团越多,其催化硝基苯还原速率越快.其中经盐酸处理的活性炭表面形成的含氧官能团最多,因而表现出最高的硝基苯还原活性.     

电位调控制备还原氧化石墨烯的电催化性能研究

本文通过控制电位还原氧化石墨烯,可控制备不同含氧官能团的石墨烯纳米材料。以多巴胺、[Fe(CN)_6]~(3-)、NADH为电活性探针,研究了石墨烯表面含氧官能团、缺陷、表面荷电性质以及导电性等对石墨烯电催化性能的影响。研究发现,低还原程度的氧化石墨烯表面含有大量缺陷和丰富的官能团,能够促进多巴胺自催化反应,也有利于K_3[Fe(CN)_6]在电极表面的电子转移;随着氧化石墨烯还原程度提高,其导电性逐渐得到改善,且其表面官能团和缺陷位点数量逐渐减少,对NAD~+的吸附变弱,因而能促进NADH发生电催化氧化。     

水热氧化改性碳纸电极在全钒氧化还原电池中的应用

为了提高钒氧化还原电池电极的活性,在180°C下将碳纸电极与过氧化氢的硫酸溶液置于有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行不同时间的水热酸氧化处理.水的接触角测试表明,随着处理时间从6h调整至18h,处理前后碳纸电极的接触角也从120.0°降低至100.8°,尤其是经过12h处理的样品的接触角最小,这说明在此条件下处理过的碳纸的亲水性得到了提高.而傅里叶变换红外测试表明,羰基和羧基等含氧基团被成功地引入到了碳纸电极中.使用扫描电镜,循环伏安,电化学阻抗以及充放电技术分别检测了处理前后样品的表面形貌及电化学性能.V(IV)/V(V)氧化还原电对在这些处理过的样品上表现出较大的活性.用处理12h的碳纸电极组装的单电池性能优异,在30mA·cm-2的电流密度下能量效率达到了80%,相应的电流效率和电压效率分别为96%和84%.     

微孔碳分子筛表面含氧基团对H_2O_2催化分解的动力学影响

多孔碳的表面含氧官能团对其吸附及催化性能的影响受到越来越多的关注[1-2],表面含氧基团对活性炭催化醇脱水[3]、乙苯脱氢[4]、O2还原为过氧化氢[5]、Fe(II)与O2氧化反应[6]已有报道.     

碳纳米纤维在浓硝酸-浓硫酸溶液中表面氧化对其负载的Pd-Pt催化剂颗粒分散状态的影响

摘要用混合的浓硝酸和浓硫酸在不同温度下氧化处理催化生长的碳纳米纤维. 利用X射线衍射、 N2物理吸附、 FTIR和离子交换研究了氧化处理对碳纳米纤维织构性质和表面含氧基团生成的影响. 采用等体积浸渍法制备碳纳米纤维负载Pd-Pt催化剂, 并利用高分辨电镜和脉冲H₂化学吸附对Pd-Pt金属颗粒的分散状况进行了研究. 结果表明, 经过氧化处理的碳纳米纤维表面生成了含氧基团, 生成量随着处理温度的升高而升高, 负载的Pd-Pt催化剂的分散程度也随着表面含氧基团浓度的增大而提高, 同时对后者的作用机理进行了讨论.     

活性炭的表面含氧官能团及其对吸附影响的研究进展

对活性炭表面含氧官能团的种类,生成原因以及活性炭含氧官能团的定性定量分析方法进行了综述。含氧官能团改变了活性炭的表面性质和表面行为,导致活性炭对金属离子和有机物的吸附性能发生变化,介绍了吸附金属离子和有机物时含氧官能团参与的作用机理,并对含氧官能团影响的研究提出了一些建议。     

碳毡电极的表面改性——Ⅲ.碳毡表面热氧化改性对电极性能的影响

碳毡电极材料经高温热氧化改性后,表面结构和性质发生明显变化。随热氧化温度上升,碳毡石墨结构更趋有序定向排列,石墨化程度提高。这不仅明显提高了其导电性能,同时也使表面含氧官能团的含量或O/C原子比下降。由于碳毡金属杂质含量减少以及表面担载的催化剂颗粒变大且分布更为不均匀,高温热氧化碳毡表面对析氢副反应具有较高的过电位,放氢电流大幅度降低,但提高热氧化温度使碳毡电极的电化学反应活性有所下降。为使碳毡电极上放氢电流降低的同时又保证电极具有较高的Fe~(3+)/Fe~(2+)及Cr~(3+)/Cr~(2+)反应的电化学活性,热氧化温度1700℃为宜。     

多壁碳纳米管的纯化及其表面含氧基团的表征

用兼具酸性和氧化性的HNO3水溶液可方便地除去残留在原生态多壁碳纳米管(CNT)上的Ni-MgO催化剂组分,同时在其表面产生某些含氧官能团,使原生态多壁碳纳米管的疏水性表面变为亲水性表面.采用Boehm中和滴定法以及X射线衍射(XRD)、热脱附谱(TPD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术对HNO3处理过的多壁碳纳米管的相组成和表面含氧官能团进行测量和表征.结果表明:所生成表面含氧官能团的总量以经7.0mol·L-1硝酸378K处理24h的CNT为最高;3种主要表面含氧官能团的含量高低顺序为,羧基内酯型羧基酚型羟基.     

碳纤维电极性能的研究

铁络氧化还原液流型电池是近十几年发展起来的新型贮能电池。它的正、负极材料为碳毡(铬负极担载金、铅等催化剂)、碳布或由碳布与导电性树脂复合材料所制成的双极板。为改善此电池中负极上Cr~(3+)/Cr~(2+)离子偶氧化还原电化学反应的性能,已对碳纤维电极材料进行了大量的研究本工作结合铁铬氧化还原液流型电池,为改进铬负极(Cr~(3+)的还原)性能,研究不但载贵金属催化剂条件下碳纤维的活化工艺与表面性质的关系及对电极活性的影响。