模板法合成NiO@Co3O4空心多孔小球及其储电性能的研究

空心结构在能量转化和储存等重要应用方面,展现出了巨大的潜力. 为了进一步提高性能,根据物质的组成和结构,合理设计出更复杂的空心结构材料是非常必要的,但目前仍然存在相当大的挑战. 本文报导了一种以硅小球作为模板的高效方法,合成了新型的NiO@Co₃O₄空心多孔小球,其比表面积可达219.68 m²·g^-1. NiO@Co₃O₄空心多孔小球的高比表面积有利于增强离子的扩散和提高活性物质的利用效率,并可防止纳米颗粒团聚. 测试结果表明,在5 mV·s^-1的扫描速度下,所制备的NiO@Co₃O₄空心多孔小球的比电容值达1140.9 F·g^-1,同时具有良好的循环稳定性,显示出该材料在超级电容器领域有较好的应用前景.     

不同碳源对多孔球形LiFePO4/C复合材料的影响

采用喷雾干燥-碳热还原法(SDCTM),分别研究了无机和有机碳源对锂离子正极材料LiFePO4/C形貌、结构及其充放电性能的影响。结果表明:以无机碳源炭黑制备的LiFePO4/C呈不规则球形,一次颗粒粒径在800nm左右,比表面积为2m2·g-1,0.1C放电比容量为107.3mAh·g-1。而以有机碳源制备的LiFePO4/C,其形貌较为规则,呈多孔球形结构,具有较高的比表面积和放电比容量。其中,以柠檬酸为碳源制备的多孔球形LiFePO4/C复合材料,其孔径均在50nm左右,比表面积可达32m2·g-1;在室温下,0.1C和10C首次放电比容量分别为158.8和87.2mAh·g-1,具有优异的循环性能和高倍率充放电性能。     

多孔氧化铜空心微球的一步法制备及其光催化性能

采用一步法成功制备出多孔氧化铜空心微球,用SEM、XRD和FTIR对制得的样品进行了表征。研究发现,碳源、反应温度、反应时间、CuSO4浓度等实验条件在多孔微球的制备过程中起着重要作用。在实验结果的基础上,提出了多孔氧化铜空心微球的形成机理。制备的多孔氧化铜空心微球的比表面积为409 m2.g-1,平均孔径为3.15 nm,总孔体积为0.256 cm3.g-1,这种空心微球具有量子尺寸效应并对罗丹明B有较高的光催化性能。     

从SiCl4合成多孔硅/碳复合材料及储锂性能研究

以Li13Si4和SiCl4为原料,通过简单的机械球磨法合成多孔硅/碳复合材料,通过控制Li13Si4颗粒的尺寸可以有效调节产物的比表面积。分别研究了包覆碳含量、多孔硅/Super P(导电碳)比表面积以及极片活性物质负载量对多孔硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明:多孔硅/Super P比表面积为100.9 m2·g-1,化学气相沉积(CVD)包覆碳含量为25.3wt%(约6 nm厚)的复合材料具有最高的电化学活性,在300 mA·g-1的电流密度下,循环可逆比容量达到1 900 mAh·g-1,50次循环后容量仅衰减7.6%。     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn~(4+)掺杂的Co_3O_4复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn~(4+)掺杂,Co_3O_4复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当nCo∶nMn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m2·g-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g-1,这比纯Co_3O_4纳米纤维的416 F·g-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co_3O_4纳米纤维则是76.4%。     

双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备

以廉价的γ-氧化铝为模板制备薄壁中孔碳材料,且可在制备过程中方便地对碳材料的孔结构、微孔率等参数进行调控.以原位聚合的酚醛树脂为碳源取代蔗糖,简化了制备流程.制得的碳材料不仅可以较好地复制氧化铝模板的孔结构,且比表面积比以蔗糖为碳源的样品显著提高.在此基础上,选用模板堆积孔径与模板自身直径差异较大的长棒状氧化铝为模板,成功地以一种模板、经过一次聚合-碳化过程制备出了具有双峰孔分布(PSD)结构的薄壁碳材料,两个峰分别位于4 nm附近的较小中孔区和13 nm附近的较大中孔区.此外,所得碳材料的比表面积(>1800 m2·g-1)和孔容(>4.5 cm3·g-1)均很高,而微孔率却较低,具有优异的中孔特性.将所得碳材料用作电化学电容器的电极,电容可达200 F·g-1,且当电流密度从0.1 A·g-1升至1.0 A·g-1时,比电容仅衰减10%,表现出良好的电容性能.     

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%.     

热处理温度对沥青基硼氮共掺杂多孔炭结构与电化学性能的影响

以煤液化沥青质为碳源、硝酸为氮源、硼酸为硼源和造孔剂制备硼氮共掺杂多孔炭,研究了热处理温度对其孔结构和表面性质的影响,测试了产品作为超级电容器电极材料的性能.用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附、元素分析、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学工作站等对材料的结构、组成及电化学性能进行了表征.结果表明:随着热处理温度的升高,产品的石墨化程度逐渐升高;比表面积、总孔容呈先增加后减小的趋势;氮含量随着热处理温度的升高逐渐降低,而硼含量则随着热处理温度的升高逐渐增加;材料的比电容随着热处理温度的升高先逐渐增加后减小.其中900°C热处理的样品比表面积达到1103 m2·g-1,总孔容为0.921 cm3·g-1,氮含量为5.256%(w),硼含量为1.703%(w),在6 mol·L-1KOH电解液中当电流密度为100 mA·g-1时质量比电容为349 F·g-1;而经过1000°C热处理的样品表现出最好的倍率特性,电流密度从100 mA·g-1增加到10A·g-1时比电容保持率为75%.     

水热法制备氧化钇空心纳米花及其吸附性能

采用水热法制备单分散、粒径均一的碱式碳酸钇(Y(OH)CO3)前驱体,经过高温煅烧处理得到氧化钇(Y_2O_3)空心纳米花。通过傅里叶转换红外分析(FT-IR),场发射扫描电子显微镜(FESEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),X射线能谱(XPS)以及N2吸-脱附等来表征样品,并研究了Y_2O_3空心纳米花吸附重铬酸钾(K2Cr2O7)的能力。实验结果表明:水热法制备的前驱体为Y(OH)CO3,经高温煅烧处理得到立方相Y_2O_3空心纳米花,尺寸约140 nm,比表面积为15 m2·g-1,讨论了Y_2O_3空心纳米花的形成机理。水热法制备的Y_2O_3空心纳米花对K2Cr2O7溶液的去除率可高达88.5%,吸附量为11.06 mg·g-1,约为Y_2O_3粉末的6倍。     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料(英文)

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积(BET)、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响.结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO2,当复合15%(质量分数)的石墨烯后材料的比表面积从109 m2·g-1提高到168 m2·g-1.复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值(454 F·g-1),远高于纯二氧化锰的值(294 F·g-1).在2 A·g-1的电流密度下恒流充放电2000次后复合材料的比电容保持率为92%.     

阶层多孔二氧化硅块体材料的制备与表征

以正硅酸甲酯(TMOS)为前驱体、0.01 mol·L-1盐酸为催化剂、聚环氧乙烷(PEO,分子量为10 000)为相分离剂、环氧丙烷(PO)为凝胶促进剂、十二烷基硫酸钠(SDS)为造孔剂,采用溶胶-凝胶伴随相分离制备阶层多孔二氧化硅块体材料,利用差热分析(DTA)、热重分析(TG)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附/脱附装置等测试技术对所制得的阶层多孔块体进行了表征,探究造孔剂SDS对大孔和介孔结构的影响机理。研究表明:SDS在凝胶过程中以胶束的形式进入到骨架中形成介孔孔道;当SDS为0.21 g时,块体材料的阶层多孔结构最优,大孔孔径为1~3μm,介孔孔径为4~5 nm,比表面积为650 m2·g-1;800℃热处理后,大孔结构和骨架上的介孔基本保持,比表面积仍能达到421 m2·g-1,体现出良好的热稳定性。     

介孔炭的直接制备及其电化学性能研究

以柠檬酸镁为原料,采用直接碳化法制备介孔炭电极材料。N2吸附测试表明,所制备多孔炭的比表面积达2 000 m2·g-1左右,介孔孔容和平均孔径随着炭化温度的升高而增加,当炭化温度大于800℃时,能够制备出以介孔结构为主的多孔炭材料。电化学测试表明,MgC-800和MgC-900具有优异的电化学电容特性。与硬模板法制备的OMC相比,MgC-800和MgC-900在实验电流密度范围内具有更大的比电容值,这应当归功于它们巨大的比表面积以及有利于电解质离子扩散的介孔结构。     

疏水多孔硅制备及其对水中有机污染物的吸附

以硅酸钠为硅源,盐酸为催化剂,三甲基氯硅烷(TMCS)为表面改性剂,经溶胶-凝胶和表面改性过程制备出一种疏水性多孔硅材料.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、接触角分析仪、氮气物理吸附仪和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和性质进行表征.结果表明:所制备的多孔硅具有分等级孔道结构(中孔-大孔),比表面积为566m2·g-1,孔体积高达2.28cm3·g-1,多孔硅与水的接触角为156°,显示出超疏水特征.对甲苯、汽油、柴油和润滑油的吸附量均可高达自身质量的14倍,丰富的孔道使其在几分钟内即可达到饱和吸附.这种多孔硅在汽油/水混合体系中对汽油具有较高的选择性,同时具有良好的再生能力.经正己烷萃取再生后,多孔硅仍能基本保持初始吸附容量.此方法制备的多孔硅材料在吸附分离污水中的有机物和溢油处理方面具有很好的应用前景.     

有序中孔炭的制备及电性能研究

采用微湿含浸法制备了一系列具有不同比表面积和孔径分布的超级电容器有序中孔炭材料,同时采用Al-SBA-15为模板剂制得具有六方排列的空心炭管CMK-5.所制得的有序中孔炭的BET比表面积随糠醇加入量的增加而减小.电化学性能测试结果表明,在1mA·cm-2的充放电电流密度下各中孔炭材料比电容的大小顺序与其BET比表面积的大小顺序相一致.在所有样品中AlSC-0.8由于具有最大的比表面积,因此其比电容最大,达87.8F·g-1.倍率性能测试结果表明,具有CMK-3结构的SC-2.0的倍率性能最好,在50mA·cm-2的放电电流密度下其放电比电容接近AlSC-0.8有序中孔炭的水平.     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能（英文）

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1A·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10 A·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%.     

合成介孔纳米晶体氧化锆的新方法(英文)

通过一种新颖的方法,即软模板-固液技术(CSSL)合成具有高比表面积的介孔纳米晶体氧化锆.首先,通过软模板法以1-十六烷基-3-甲基咪唑溴(C16mim+Br-)为结构导向剂,硫酸锆为无机前驱物合成了介观相氧化锆杂化物,然后该杂化物与固体硝酸铜无机盐研磨并进行热处理.在600℃焙烧后所得到的氧化锆材料具有蠕虫状介孔结构,且孔壁由尺寸约为2.50nm的四方相氧化锆纳米粒子组成.该材料的比表面积为240.0m2·g-1,孔径为4.10nm.与之对应,使用单一的软模板法在相同的温度焙烧后,所得到的氧化锆材料介孔结构坍塌,比表面积仅为9.5m·2g-1.     

高比表面积介孔氧化镍制备及表征

采用硝酸镍和草酸为原料,采用固态热分解法制备得到高比表面积的介孔Ni O纳米粒子,考察了原料的用量,热处理的温度,热处理的时间对孔结构的影响。用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜和N2吸附-脱附技术对材料的物化性质进行了表征。结果表明:硝酸镍和草酸1∶1混合均匀、400℃灼烧4 h得到的介孔Ni O粒子的孔结构为最发达的蠕虫状介孔结构,比表面积和孔容分别达到236 m2·g-1和0.42 cm3·g-1。     

多孔硅的模板限制镁热还原法制备及性能

采用一种基于气-固反应机制的模板限制镁热还原法,以SiO2气凝胶为模板在低温(650℃)下制备出一种高比表面积纳米多孔硅材料.利用X射线衍射(XRD)、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射线光电子能谱(XPS)和比表面积(BET)分析等表征手段对样品的成分、物相结构、微观形貌和孔结构进行分析,并初步研究了材料的光学特性和电化学性能.结果表明,产物为纳米硅晶体颗粒组成的多孔结构,保留了与原始气凝胶模板相似的微观形貌,比表面积高达602 m2·g-1.该材料在室温下表现出显著的红光光致发光特性,且具有较高的储锂容量和较好的嵌入/脱出锂性能.     

高比表面钛铌复合氧化物的制备

通过先用长链有机胺预支撑层状钛铌酸, 然后与含Ti4+的聚合阳离子进行交换反应, 再经高温焙烧后制备出高比表面的钛铌复合氧化物, 其比表面积达80～100 m2*g-1. 孔径分布测试结果表明, 这是一类以中孔为主的新型多孔材料.     

纳米LiMnPO_4的制备与电化学性能表征

采用两步加热Polyol法制备了纳米LiMnPO4正极材料,详细研究了第一加热平台温度T1(T1=100,110,120,130,140,150°C)对样品物理性质及电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及比表面积测试(BET)对样品的晶体结构与微观形貌进行了表征.结果表明,在不同温度T1下得到的样品均为片状结构;T1=100-120°C时合成的样品含有杂相,且比表面积小于15 m2?g-1;在T1=130°C时,得到纯相LiMnPO4样品,且比表面积增至46.3 m2?g-1;随着T1的进一步升高,样品比表面积稍有下降,维持在35-37 m2?g-1之间.纳米LiMnPO4的电化学性能变化趋势与比表面积基本一致,T1=130°C时合成的样品呈现最优的电化学性能,在0.1C倍率下放电容量达到129 mAh?g-1,在5C倍率时达到81 mAh?g-1,这表明LiMnPO4的比表面积是决定其电化学性能的关键因素之一.