蒙脱土基氮掺杂多孔碳@聚苯胺复合材料的制备及电化学性能

分别在盐酸和樟脑磺酸-盐酸混酸溶液中,在蒙脱土基新型氮掺杂多孔碳表面原位聚合苯胺,以制备氮掺杂多孔碳@聚苯胺复合电极材料,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征复合材料的组成和形貌。 盐酸掺杂的复合材料呈短棒状形貌,樟脑磺酸-盐酸掺杂材料形貌呈颗粒状及交联片状,樟脑磺酸-盐酸掺杂的结晶性能优于盐酸掺杂。 电化学测试结果表明,樟脑磺酸-盐酸掺杂的复合材料在0.5 A/g电流密度下的质量比电容为412.5 F/g,比盐酸掺杂的(332.4 F/g)高24.1%,等效串联电阻(R_s)和电荷迁移电阻(R_ct)小;但盐酸掺杂的复合材料在大电流下电容保持率为81.4%,高于混酸掺杂的58.4%。     

N-CNTs/NiCo-LDH复合材料的制备及电化学性能

通过高温碳化聚吡咯纳米管制备了氮掺杂碳纳米管(N-CNTs), 并采用共沉淀法将镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDH)原位生长在N-CNTs上, 制备出具有三维互联网状结构的N-CNTs/NiCo-LDH复合材料. 研究了镍钴摩尔比对N-CNTs/NiCo-LDH复合材料形貌结构和电化学性能的影响. 结果表明, 当镍钴摩尔比为1∶2时, N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH具有最佳的电化学性能. 在1 A/g电流密度下, 其比电容可达1311.8 F/g; 当电流密度为 10 A/g时, 电容保持率高达88.3%, 展现出优异的倍率性; 在经过2500次循环后, 电容保持率仍可达76.4%, 具有良好的循环稳定性.由N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH与活性炭(AC)电极所构建的N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH//AC水系混合型超级电容器, 在750 W/kg功率密度下, 具有27.19 W·h/kg的高能量密度.     

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%。     

过渡金属/氮掺杂石墨的制备及电催化氧还原

用简单的化学方法制备了过渡金属(TM)壳聚糖水杨醛席夫碱配合物,然后以此配合物为金属源和N源、以硝酸预处理石墨为载体,经热处理后制备了过渡金属/氮掺杂石墨催化剂TM-N-C-t(TM=Co,Ni,Cu;t=200,400,600,800,1 000℃).以此催化剂为修饰剂制备了玻碳修饰电极,并用循环伏安法(CV)和旋转圆盘电极(RDE)伏安法研究了催化剂TM-N-C-t的电化学行为和电催化氧还原(ORR)的催化性能,催化剂的组成和结构采用TG,FT-IR,XRD,XPS等技术进行了表征.研究结果表明,催化剂TM-N-C-t对ORR均显示不同程度的催化活性,其中以1 000℃热处理的钴基催化剂Co-N-C-1000的催化活性最好,其活性已接近相同条件下的商用催化剂JM 20%Pt/C,催化活性位主要为Co—N—C.根据扩散控制的不可逆反应的循环伏安行为,计算得到了TM-N-C-t催化剂电催化ORR的动力学参数,并以此提出了氧还原催化反应的机理,在活性最好的催化剂Co-N-C-1000修饰电极上,氧气以4e转移途径被还原为水.     

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。     

氮掺杂石墨烯的制备及其超级电容性能

以氧化石墨烯(GO)为原料, 尿素为还原剂和氮掺杂剂, 采用水热法合成了氮掺杂石墨烯. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附分析、电导率和电化学测试对样品的形貌、结构、组成以及电化学性质进行表征. 结果表明:水热条件下尿素能有效地化学还原GO并对其进行氮掺杂; 通过调节原料与掺杂剂的质量比, 可以得到不同氮掺杂含量的石墨烯, 氮元素含量范围为5.47%-7.56% (原子分数); 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 氮元素含量为7.50%的掺杂石墨烯的超级电容性能最优, 即在3 A·g^-1电流密度下首次恒流充放电比电容可达184.5 F·g^-1, 经1200次循环后的比电容为161.7 F·g^-1, 电容保持率为87.6%.     

低温催化法制备石墨化碳空心球

石墨化碳空心球因具有密度小、稳定性好和可填充中空结构等特点,受到了研究者的广泛关注。本文结合国内外的研究进展,综述了近年来发展起来的采用过渡金属如铁、钴、镍等为催化剂,低温(<1 000℃)催化法合成石墨化碳空心球的最新研究进展。介绍了低温催化法提高碳空心球石墨化程度的机理,说明了石墨化碳空心球的表征方法,展望了石墨化碳空心球的应用前景。最后指出了相关研究中有待解决的问题。     

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。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1 114 m²·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3 033 m²·g^-1。在以6.0mol·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,KNC-800的比电容为405 F·g^-1,而KC-800的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均...     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·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,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能

通过直接炭化沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）纳米多面体,成功制备了氮掺杂介孔碳（NMCs）. 采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）及比表面和孔隙度分析仪对其微观形貌和结构进行了表征,并对NMCs的电化学超电容性能进行了测试. 结果表明：NMCs具有规整的形貌、介孔纳米结构和较大比表面积（2737 m²·g^-1）;由于氮元素掺杂所赋予的优异的表面润湿性和赝电容性能,且介孔结构有利于电解质到达电极活性材料表面,NMCs表现出优异的电化学超电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,1.0 mol·L^-1H₂SO₄溶液中的比电容值为307 F·g^-1,并具有良好的功率特性;此外,在10A·g^-1的大电流密度下充放电循环5000次后,NMCs的比电容值保持率为96.9%.     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能

Nitrogen-doped mesoporous carbons (NMCs) were synthesized by direct carbonization of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanopolyhedrons. The surface morphology and structure were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and surface area and pore size analyzer. The electrochemical supercapacitive properties of the NMCs were also investigated. The results showed that the NMCs had a uniformmorphology, mesoporous nanostructure, and high surface area (2737m²·g^-1). On the other hand, based on the excellent surface wettability, pseudocapacitive behavior and electrolyte accessibility resulted fromN-doping and the mesoporous structure, the NMCs exhibited excellent electrochemical supercapacitive properties: a high specific capacitance (307 F·g^-1 in 1.0 mol·L^-1 H₂SO₄ solution, at 1 A·g^-1), good power characteristics, and satisfactory stability (the capacitance retained ratio was 96.9%after 5000 cycles even at a high current density of 10A·g^-1).     

Rational Synthesis of Iron/Nitrogen-Doped Carbon Catalyst through a Spatial Isolation Strategy for Efficient Oxygen Reduction in Acidic and Alkaline Media

It remains challenging to rationally synthesize iron/nitrogen-doped carbon (Fe/N-C) catalysts with rich Fe−N_x atomic active sites for improved oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalysis. A highly efficient Fe/N-C catalyst, which has been synthesized through a spatial isolation strategy, is reported. Derived from bioinspired polydopamine (PDA)-based hybrid microsphere precursors, it is a multifunctional carrier that loads atomically dispersed Fe³⁺/Zn²⁺ ions through coordination interactions and N-rich melamine through electrostatic attraction and covalent bonding. The Zn²⁺ ions and melamine in the precursor efficiently isolate Fe³⁺ atoms upon pyrolysis to form rich Fe−N_x atomic active sites, and generate abundant micropores during high-temperature treatment; as a consequence, the resultant Fe-N/C catalyst contains rich catalytically active Fe−N_x sites and a hierarchical porous structure. The catalyst exhibits improved ORR activity that is superior to and close to that of Pt/C in alkaline and acidic solutions, respectively.     

铁锰氧化物/碳基复合材料的制备及其对水中砷的去除

砷污染问题日益严峻,已威胁到人类的健康,因此,解决水环境中的砷污染问题迫在眉睫。近年来,铁锰氧化物/碳基复合材料因其吸附性能优越和易分离再生等优点而受到广泛的关注。尤其是纳米碳管、石墨烯等新型纳米碳基材料,其比表面积大并具有丰富的官能团,为铁/锰氧化物的负载创造了良好的条件,在其表面可以形成粒径更细的铁/锰氧化物,为砷的吸附提供了更多的吸附点位。本文重点介绍了国内外铁锰氧化物/碳基复合材料的制备方法并比较了各种制备方法的优缺点;讨论了铁锰氧化物/碳基复合材料除砷效果以及其吸附机理;分析了铁锰氧化物/碳基复合材料的再生性能并指出其在实际应用中尚存在的问题,最后展望了该材料处理水体中砷的发展方向。     

Efficient Electrocatalytic Reduction of CO2 by Nitrogen-Doped Nanoporous Carbon/Carbon Nanotube Membranes: A Step Towards the Electrochemical CO2 Refinery

Herein we introduce a straightforward, low cost, scalable, and technologically relevant method to manufacture an all-carbon, electroactive, nitrogen-doped nanoporous-carbon/carbon-nanotube composite membrane, dubbed “HNCM/CNT”. The membrane is demonstrated to function as a binder-free, high-performance gas diffusion electrode for the electrocatalytic reduction of CO₂ to formate. The Faradaic efficiency (FE) for the production of formate is 81 %. Furthermore, the robust structural and electrochemical properties of the membrane endow it with excellent long-term stability.     

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。     

自支撑柔性氮掺杂碳织物电极的制备与性能研究

本文以纯棉织物为基底,吡咯单体为氮源,采用简单的原位聚合-高温煅烧的方法制备了自支撑柔性氮掺杂织物（N-CT）. 利用傅立叶红外技术、X射线光电子能谱、比表面积测试、扫描电子显微镜对所得产物进行结构与形貌表征. 结果表明,碳化后聚吡咯主要以纳米碳球包覆在碳织物表面,N-CT电极的比表面积为495.0 m²·g^-1,其含氮量为2.26%. 电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下N-CT电极的比电容器为256.2 F·g^-1,经过5000次的恒流充放电循环后电容保持率为98.3%,库伦效率保持率在98.8%左右,具有良好的柔性和机械性能.     

Electrochemical Fabrication of Cobalt Oxides/Nanoporous Gold Composite Electrode and its Nonenzymatic Glucose Sensing Performance

A nonenzymatic glucose sensor was successfully established by electrochemically decorating cobalt oxides (CoO_x) on a nanoporous gold electrode (NPG) using cobalt hexacyanoferrate (CoHCF) as a precursor. It exhibited high sensitivity and long‐term stability as well as satisfactory quantification of glucose concentration in human serum samples. The morphology and surface analysis of the resulting CoO_x/NPG were carefully characterized. Two detection methods, cyclic voltammetry and amperometry, were employed to evaluate the performance of CoO_x/NPG towards glucose sensing in alkaline solution. Using cyclic voltammetry, at ?0.5 V, the glucose partial oxidation peak current is linear to the glucose concentration up to 14 mM with a sensitivity of 283.7 µA mM^?1 cm^?2. A linear amperometric response at 0.55 V was obtained in the glucose concentration range from 2 µM to 2 mM with a sensitivity of 2025 µA mM^?1 cm^?2 and a response time <3 s.     

Effect of Rhodium on the Properties of Bifunctional M x O y /ZrO2 Catalysts in the Reduction of Nitrogen Oxides by Hydrocarbons

Scanning electron microscopy, TPDA, XPE and IR spectroscopy were used to study the physicochemical indices of rhodium-promoted Rh-M _x O _y /ZrO₂ oxide catalysts (M = Cr, Ce, Co). The enhancement of the redox properties of the oxide catalysts upon the introduction of rhodium does not alter their bifunctional nature in SCR activity; these catalysts have both redox and strong acid B-sites.     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。