多孔碳纳米片的合成及在钠离子电池中的应用

本文以氯化钠为硬模板、硝酸镍为金属源、葡萄糖为碳源,在氮气气氛中于750 ^oC通过一步热解法合成嵌镍碳纳米片,然后经酸处理得到多孔碳纳米片. 通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）和比表面积测定（BET）表征多孔碳纳米片的形貌和结构. 结果显示：多孔碳纳米片孔分布均匀,孔径大小均一;经过酸处理后,碳材料的石墨化程度降低;具有较大的比表面积（约340 m²•g^-1）. 电化学测试表明,电极在100mA•g^-1电流密度下,经过200周循环放电后比容量可维持在309.4 mAh•g^-1,甚至在1000 mA•g^-1 的大电流下其放电比容量仍然可达到173mAh•g^-1,表现出良好的循环稳定性和倍率性能,其在钠离子电池负极材料方面具有潜在的应用前景.     

自掺杂氮多孔交联碳纳米片在超级电容器中的应用

自掺杂氮的多孔交联碳纳米片（N-ICNs）是将蒲公英种子通过一步活化碳化法制备的.蒲公英种子本身富含氮,不需要进行额外的掺杂处理,可以作为理想的碳前驱体.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对所制备的碳材料的微观形貌和组成成分进行了表征.基于高含氮量（2.88%）,N-ICNs在1 A·g^-1下具有337 F·g^-1的比电容和优异的倍率性能.此外,由N-ICNs组合成的对称型超级电容器在操作电压范围为0~2 V时具有很高的能量密度（25.3 Wh·kg^-1）和功率密度（900 W·kg^-1）,并且在循环10000次后仍具有98%的电容保持率.因此,N-ICNs将是一种非常理想的电极材料.     

先驱体聚合物粘结法制备SiC纳米多孔陶瓷

采用SiC纳米粉体与聚碳硅烷(PCS)为原料低压成型低温烧结制备SiC纳米多孔陶瓷,研究了PCS含量对烧成纳米多孔陶瓷性能的影响。SEM和AFM微观形貌分析表明,PCS裂解产物将SiC纳米颗粒粘结起来,烧成陶瓷内部有大量的纳米孔存在。烧成SiC纳米多孔陶瓷孔径分布呈单峰分布、孔径分布范围窄,随着PCS含量的增大烧成多孔陶瓷强度增大,但孔隙率降低、烧结过程中坯体尺寸线收缩率增大。PCS含量为20wt%时三点弯折强度为36.8MPa,孔隙率为39.5%,平均孔径为49.3 nm。     

静电纺丝制备多孔碳纳米纤维及其电化学电容行为

采用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)/醋酸锌为前驱体制备复合纳米纤维,随后经碳化、酸化获得多孔碳纳米纤维.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,碳纳米纤维表面分布大量孔洞.N2吸脱附等温曲线(BET)测试材料比表面积达413m2·g-1.循环伏安法(CV)和恒流充放电(CP)性能测试表明:多孔碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在1A·g-1的电流密度下比电容达275F·g-1.相比碳纳米纤维比容量提高了162%.     

碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究

通过简单的一步碳化方法, 以含氮的多孔有机骨架JUC-Z2为碳前驱物制备出氮掺杂多孔碳材料. 与原始JUC-Z2材料相比, 制备的多孔碳材料显示出明显提高的气体吸附量和增强的吸附焓. 其中JUC-Z2-900的CO₂吸附量高达113 cm³·g^-1, H₂吸附量也达到246 cm³·g^-1, 超过了大部分报道的多孔材料. 尤其是JUC-Z2-900的CH₄吸附量在273 K, 1 bar下高达60 cm³·g^-1, 据我们所知, 这一值为目前报道材料的最高值. 除此之外, 样品还显示出选择性吸附CO₂的能力, 273 K下, JUC-Z2-900的CO₂/N₂的选择性高达10, CO₂/H₂的选择性也高达66. 另外, 样品具有很高的热稳定性, 有望应用在碳捕获和清洁能源储存等领域.     

纳米多孔金在分析化学中的应用进展

纳米多孔金作为一种新型纳米金属材料,近年来逐渐受到了研究者的广泛关注,其具有比表面积高、导电性好和结构灵活可控等特点。由于其特殊的结构与性质,纳米多孔金在催化、传感、分离、能源等许多领域已得到广泛地应用。本文综述了近五年来纳米多孔金在分析化学中的应用和最新进展。     

含氮多孔碳限域金纳米粒子用于电化学检测液相二氧化氯

目前,二氧化氯(ClO₂)消毒剂已成为最受人们青睐的绿色消毒剂之一。虽然人们广泛应用ClO₂消毒剂于各个领域,但有关ClO₂浓度检测的研究报道却比较少。因此,开发新型敏感材料用于检测液相ClO₂显得尤为重要。以聚吡咯为氮源,与KOH混合烧结后得到的含氮多孔碳(NPC)作为基底,负载金纳米粒子后经高温煅烧去除表面活性剂,得到含氮多孔碳负载金纳米粒子催化剂(NPC-Au-P)。与传统方法制备的氮掺杂碳负载金纳米粒子相比,NPC-Au-P中多孔结构可限域金纳米粒子,使其在经过高温煅烧后仍可以保持较小的尺寸,因此具有较高的催化活性。在电化学检测液相ClO₂方面,NPC-Au-P表现出较高的灵敏度(29.77L·mA/mol))以及较低的检出限(0.12μmol/L)。     

聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能

以空心介孔硅球为模板,酚醛树脂乙醇溶液为碳源制得了分级多孔碳(HPCs).以酸化处理后的HPCs为载体、对甲苯磺酸(p-TSA)为掺杂剂、三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯-分级多孔碳(PPy-HPCs)纳米复合材料.采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT IR)、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试技术对复合材料进行了形貌结构和电化学性能的研究.结果表明:聚吡咯成功地包覆在HPCs的表面,随着聚吡咯含量的增加,复合材料的比容量呈现先增大后减小的趋势.当聚吡咯的质量含量为34.9％时,复合材料在电流密度为0.1 A/g时达到最大比容量(316 F/g),在1 A/g的电流密度下循环1 000次后,比容量保持率为95.8％,聚吡咯的引入有效地提高了HPCs电极材料的电化学性能.     

多孔碳纳米纤维负载Pd纳米颗粒用于增强电催化氧还原性能

采用溶剂热法合成了以锆为金属核心、2-氨基为配体的锆基金属有机骨架(UiO-66)纳米材料,通过静电纺丝技术制备出UiO-66自由分散的聚丙烯腈(PAN/UiO-66)纤维,可控热解得到多孔碳纳米纤维(porous carbon nanofibers,PCNFs),结合湿化学还原法在PCNFs表面沉积Pd纳米颗粒,得到PCNFs@Pd复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术对其形貌、组成、结构进行表征;采用电化学工作站分别测试了PCNFs@Pd在0.1 mol·L^-1KOH和0.1 mol·L^-1HClO₄电解质中氧还原性能(oxygen reduction reaction,ORR)。结果表明,在PAN纤维中添加UiO-66显著提高了PCNFs@Pd(Pd负载量为0.34%)复合材料的ORR性能。相比40%Pt/C,在碱性电解质中,PCNFs@Pd复合材料展示出更低的Tafel斜率、更优异的循环稳定性和耐甲醇中毒性。在酸性电解质中也表现出类似20%Pt/C的催化活性和循环稳定性。     

一步碳化多孔有机材料制备多孔碳及其性能的研究

开发并利用清洁的、可再生的能源是解决环境污染问题和能源短缺的有效方法.碳化含碳量较高的多孔有机材料制备的多孔碳,具有较高的比表面积,良好的物化稳定性,优良的机械性能等优点,在清洁能源的存储、分离、能量的存储与转化领域有广泛的应用.常见的由多孔有机材料制备多孔碳的方法主要是非活化碳化法和活化碳化法.不同的制备方法得到的多孔碳形貌,孔结构各不形同.多孔碳材料自身的结构性质可以影响其应用.合理的设计并调控多孔碳的“孔”,发挥孔尺寸的“筛分效应”可以有效地对气体进行存储和分离.在锂电等能量转化领域,“限域效应”是影响锂电性能的重要因素.多孔碳材料中较小的孔可以限域活性成分,而较大的孔可以快速传输,两种孔的协同效应可以使锂电性能大大提升.本综述系统地归纳了一步碳化多孔有机材料制备多孔碳的方法及其优势,详细地介绍了其在气体吸附、存储、分离以及电化学等领域的应用.最后,结合多孔碳材料的研究现状,提出由多孔有机材料制备多孔碳材料所面临的挑战,同时也展望了多孔碳材料的应用前景.     

Induced Potential in Porous Carbon Films through Water Vapor Absorption

Sustainable electrical potential of tens of millivolts can be induced by water vapor adsorption on a piece of porous carbon film that has two sides with different functional group contents. Integrated experiments, and Monte Carlo and ab initio molecular dynamics simulations reveal that the induced potential originates from the nonhomogeneous distribution of functional groups along the film, especially carboxy groups. Sufficient adsorbed water molecules in porous carbon facilitate the release of protons from the carboxy groups, resulting in a potential drop across the carbon film because of the concentration difference of the released free protons on the two sides. The potential utilization of such a phenomenon is also demonstrated by a self‐powered humidity sensor.     

多孔有机聚合物在水处理中的应用

多孔有机聚合物是一类由纯有机基团构成的新型材料。 近年来,多孔有机聚合物在吸附水中污染物方面引起了人们的兴趣。 本文简要地介绍了几种多孔有机聚合物吸附水中污染物最近的研究进展,并对其吸附机理、影响因素和研究前景进行了总结与展望。     

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。     

氮掺杂多孔炭材料的制备及在多相催化中的应用

氮掺杂多孔炭材料,不仅具有多孔炭材料的较高的比表面积、丰富的孔结构、良好的稳定性及耐高温耐酸碱性等优点,同时氮原子的引入使材料表现出优异的导电性能及电子传输能力,使得炭材料具有了一定的碱性及催化性能,是目前多相催化及材料领域的一个研究热点。本文综述了氮掺杂多孔炭的制备方法及在多相催化中的应用,并指出了该领域未来研发的重点及应用前景。     

Sulfonated Porous Carbon (SPC)-Catalyzed Synthesis of Benzothiazole Derivatives in Water

Abstract

A simple and efficient procedure has been developed for the synthesis of benzothiazole derivatives in water by the condensation of 2-aminothiophenol with aldehydes in the presence of Sulfonated porous carbon (SPC). This method provides a simple and efficient protocol in terms of mild reaction conditions, clean reaction profiles, small quantity of catalyst, and simple workup procedure.     

氮硫共掺杂多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其较高的理论容量和对环境友好等优势被视为极具发展潜力的储能装置,但是多硫化物的穿梭效应极大地限制了锂硫电池的实际应用。本文以葡萄糖为碳源,离子液体为氮源和硫源,KCl和ZnCl₂为模板剂,KOH为活化剂,通过热解工艺合成了氮硫共掺杂多孔碳（NSPC）。XPS和极性吸附实验表明N、S杂原子成功引入并且提高了碳材料对多硫化物的吸附能力,有效缓解多硫化物的穿梭效应,而较高的比表面积（1290.67 m²·g^-1）有助于提高硫负载量。负载70.1wt.%的硫后（S@NSPC）作为锂硫电池的正极材料表现出了良好的电化学性能。在167.5 mA·g^-1的电流密度下S@NSPC的首次放电容量为1229.2 mAh·g^-1,远高于S@PC的861.6 mAh·g^-1,且S@NSPC循环500圈后容量为328.1 mAh·g^-1。当电流密度从3350 mA·g^-1恢复至167.5 mA·g^-1时,可逆容量达到首圈放电比容量的80%,几乎恢复至其初始值。     

One-Pot Synthesis of N-Rich Porous Carbon for Efficient CO2 Adsorption Performance

N-enriched porous carbons have played an important part in CO₂ adsorption application thanks to their abundant porosity, high stability and tailorable surface properties while still suffering from a non-efficient and high-cost synthesis method. Herein, a series of N-doped porous carbons were prepared by a facile one-pot KOH activating strategy from commercial urea formaldehyde resin (UF). The textural properties and nitrogen content of the N-doped carbons were carefully controlled by the activating temperature and KOH/UF mass ratios. As-prepared N-doped carbons show 3D block-shaped morphology, the BET surface area of up to 980 m²/g together with a pore volume of 0.52 cm³/g and N content of 23.51 wt%. The optimal adsorbent (UFK-600-0.2) presents a high CO₂ uptake capacity of 4.03 mmol/g at 0 °C and 1 bar. Moreover, as-prepared N-doped carbon adsorbents show moderate isosteric heat of adsorption (43–53 kJ/mol), acceptable ideal adsorption solution theory (IAST) selectivity of 35 and outstanding recycling performance. It has been pointed out that while the CO₂ uptake was mostly dependent on the textural feature, the N content of carbon also plays a critical role to define the CO₂ adsorption performance. The present study delivers favorable N-doped carbon for CO₂ uptake and provides a promising strategy for the design and synthesis of the carbon adsorbents.     

富氮多级孔炭材料的制备及其吸附分离CO2的性能

使用新型含氮聚合物席夫碱为炭源, SBA-15为模板,通过纳米铸型法原位合成微孔-中孔-大孔串联的多级孔富氮炭材料.材料的比表面积为752 m²·g^-1,孔容0.79 cm³·g^-1; X光电子能谱分析表明炭材料中的氮含量高达7.85%(w).将所制备的多孔炭材料应用于CO₂的吸附分离,发现炭材料的微孔发挥主导作用,表面氮掺杂发挥辅助作用.在两者的协同作用下, CO₂吸附量在常压、273 K下可达97 cm³·g^-1, CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离比(摩尔比)分别为7.0和3.2,低压亨利吸附选择性分别为23.3和4.2.采用Toth模型对单组分平衡吸附进行拟合,并根据理想溶液吸附理论(IAST)预测双组分CO₂/N₂和CO₂/CH₄混合气体的分离选择性分别为40和18.     

生物质基氮掺杂多孔炭材料的制备及对水中亚甲基蓝的吸附性能

以柳树落叶为生物质碳源, 氨水为氮源, 采用溶胶-凝胶法制备了一系列氮掺杂多孔炭材料(WNC), 并对其结构和物理化学性质进行了表征. 结果表明, WNC材料具有较高的比表面积(528~618 m²/g)和多级孔结构; 材料表面含有丰富的含氧和含氮官能团(氮摩尔分数为8.9~9.9%); WNC材料对水体系中的亚甲基蓝(MB)表现出良好的吸附性能, 吸附为自发吸热过程, 符合Langmuir等温吸附和准二级动力学模型, 在pH值为5、 室温下最大吸附量为263.2 mg/g, 且材料可以多次循环使用. 对WNC-2及吸附染料MB后的WNC-2样品进行高温再焙烧处理, 所得样品(WNC-2-R和WNC-2-MB)的ζ电位明显升高, 表面碱性增强, 吸附容量分别提高到之前的1.3倍和1.6倍. 结合各种表征结果, 可以认为WNC材料的高比表面积和多级孔结构有利于吸附质(亚甲基蓝离子)的传输, 并能与材料表面的羰基、 醌基和吡啶氮等基团发生较强的相互作用, 从而使其表现出较高的吸附速率和吸附量.