多孔碳材料的化学气相后处理及其超级电容性能

以廉价的椰壳为原料制备了高比表面积的多孔碳材料,然后在密闭的反应釜中以硝酸蒸汽对多孔碳材料进行了后处理,制备了亲水性更好的多孔碳材料。采用扫描透射电子显微镜(TEM)、物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和接触角测试对材料的微观形貌、孔道结构、组成和亲水性进行了表征,探究了不同温度下硝酸蒸汽对多孔碳材料的形貌、结构的影响,并采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法考察了多孔碳材料的超级电容性能。结果表明,经过硝酸蒸汽处理后的多孔碳材料的比表面积和孔体积均有所降低,且随着处理温度的升高,降低得更加明显,而亲水性却越来越好。电化学测试结果表明,经过100℃硝酸蒸汽处理的多孔碳材料(CSC-100)具有最佳的超级电容性能。在以6 mol·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CSC-100的比电容可达452.9 F·g^-1,而未经硝酸蒸汽处理的多孔碳材料(CSC)的比电容仅为350.4 F·g^-1。电容贡献分析表明CSC-100良好的亲水性和表面官能团不仅提高了双电层电容,也提高了赝电容。     

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%。     

糖蜜基多孔碳球电极材料的制备及应用

以工业制糖的副产物糖蜜为新型碳源,替代传统多孔碳生产原料,制备出性能优异的多孔碳球超级电容器电极材料;探索了制备方法,优化了反应条件.利用全功能表面吸附仪、扫描电子显微镜及电化学方法对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,制得的多孔碳球比表面积高达2547 m~2/g,且展现出优异的双电层电容性(170.5 F/g).本研究可解决制糖企业对糖蜜无法大规模利用的问题,并为多孔碳的制备寻求新方法.     

镍基碳纳米纤维无酶葡萄糖电化学传感器的研究

以静电纺丝制得Ni和NiMoO4纳米棒掺杂的聚乙烯醇(PVA)碳纳米纤维(CNF),以此两种碳纳米纤维为前驱体,分别进行高温碳化,制备了Ni-CNF和Ni-Mo2 C-CNF复合材料.对所制备材料的组成和形貌进行了表征,探究了两种材料对葡萄糖的直接电催化性能,结果表明,Ni-CNF和Ni-Mo2 C-CNF对葡萄糖均表...     

百香果皮基原位氮掺杂多孔碳/硫复合正极的制备及储锂性能

以生物质百香果皮为碳源,KHCO3为活化剂,采用同步活化碳化方法制备原位氮掺杂的分级多孔碳材料,将其与单质硫复合制得多孔碳/硫正极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征技术对制备材料的物相组成、微观形貌、比表面积及孔结构进行研究分析。同时,利用紫外可见吸收光谱研究了多孔碳对多硫化物的吸附作用,用恒电流充放电测试了不同硫含量(60%～80%)的多孔碳/硫复合正极材料的电化学性能。结果表明,制得的多孔碳材料为无定型,具有1 093 m²·g^-1的高比表面积和0.63 cm³·g^-1的孔容;丰富的多孔结构和原位氮掺杂对多硫化物的物理化学协同吸附作用,有效降低了锂硫电池的“穿梭效应”,提高了电池的放电比容量和循环性能。硫含量为60%的多孔碳/硫复合材料,在0.05C和0.2C倍率下可释放1 057.7和763.4 mAh·g^-1的高初始放电比容量,在1C的高倍率下循环300次后的保持率为75%。     

甲苯二异氰酸酯与乙二胺沉淀聚合一步法制备聚脲多孔材料及其表征

以甲苯二异氰酸酯和乙二胺为单体,通过沉淀聚合一步到位制备了富含胺基的聚脲多孔材料.探讨了反应时间、溶剂种类及混合溶剂配比对聚脲多孔材料性能的影响.通过BET和压汞法对聚脲多孔材料的孔结构进行了表征,用扫描电子显微镜表征了材料的形貌,用X-射线衍射仪测试了材料的结晶性能.结果表明,聚合反应进行48 h后多孔材料的胺基含量不再变化,所得聚脲为典型多孔材料且部分结晶.与丙酮相比,以乙腈作反应介质制备的聚脲的比表面积和孔体积较大,孔径分布较宽.以乙腈和丙酮混合溶剂作反应介质,通过改变混合溶剂的配比可以改变材料的孔结构.     

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%。     

氮硫共掺杂多孔碳纳米片的制备及催化氧还原性能研究

高效、廉价、稳定性和选择性好的氧还原电催化剂的研发是燃料电池大规模应用的关键。以廉价生物质——胖大海为碳源,亚甲基蓝为氮源和硫源,通过一步高温热解法,制备了氮硫共掺杂多孔碳纳米片。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、全自动气体吸附(BET)等表征了催化剂的物相、形貌、组成、比表面积和孔径分布,用多种电化学方法考察了材料在碱性介质中电催化氧气还原反应(ORR)的活性、稳定性和甲醇选择性。结果表明,一步热解成功制备了大比表面积的氮硫共掺杂多孔碳纳米片,该材料具有与商品Pt/C相当的电催化ORR活性,且其稳定性和甲醇选择性明显优于商品Pt/C。     

多孔铜基催化剂的制备及对苯甲醇的选择性催化氧化

采用去合金化法制备了多孔铜(PC), 并以此为还原剂和模板与含有贵金属离子的溶液进行置换反应, 简单有效地制备了多孔M/PC(M=Ag, Au, Pt, Pd)双金属催化剂, 并对样品的形貌\, 结构和化学组成进行了表征, 利用苯甲醇气相选择性催化氧化实验评价了其催化性能. 实验结果表明, 所制备的多孔铜基催化剂具有良好的双金属协同催化效应, 对苯甲醇气相选择性氧化具有很好的催化活性和选择性, 其中Ag/PC具有最优的催化性能.     

十二烷基硫酸钠辅助制备高电容性能多孔碳

本工作通过一步水浴法制备高氮/氧含量密胺树脂(MF),引入阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)改变聚合物的反应历程,使进入SDS胶束中的三聚氰胺与甲醛在盐酸催化条件下进行聚合反应,高温碳化后成功制备MF衍生多孔碳材料.对MF衍生多孔碳材料分别进行了扫描电镜、比表面积等表征,结果表明,其具有多孔互穿网络结构,比表面...     

基于天然产物的新型铁氮共掺杂碳电催化剂的制备及氧还原性能

以廉价天然植物果实红枣作为唯一碳源,采用牺牲模板法制备了一种具有层状多孔结构的铁氮共掺杂碳材料(Fe-N-CM).采用X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、氮气吸-脱附仪和拉曼光谱对Fe-N-CM样品的形貌和结构进行了表征,用旋转圆盘电极及环盘电极对Fe-N-CM催化剂的氧还原反应(ORR)性能进行了研究.结果表明,所制备的层状多孔Fe-N-CM材料比表面积达到429.8 m~2/g,铁颗粒在材料表面均匀分散,铁和氮的协同作用使Fe-N-CM具有良好的氧还原催化活性,其对氧还原反应的催化稳定性和抗甲醇性能优于商业Pt/C催化剂.     

氮掺杂多孔石墨烯对硝基和偶氮化合物的催化还原性能——化学相关专业综合实验的设计与实践

针对溶有常见含硝基和偶氮化合物废水处理的问题，设计了无金属碳基催化剂制备及其对此类化合物催化还原的综合实验。实验以氧化石墨烯为原料，经水热法合成碳基催化剂氮掺杂多孔石墨烯或氮掺杂石墨烯，通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面分析仪、X射线光电子能谱等对其结构、形貌和元素组成等进行表征，并研究其对硼氢化钠还原硝基和偶氮化合物的性能。该实验涉及碳基催化剂制备、表征和废水处理等多个实验环节，涵盖了物理化学、材料化学和环境化学等多个学科领域。通过该实验可以培养学生的科研思维，提高学生的科研动手能力和用化学知识解决实际问题的能力。     

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...     

氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料

具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp²碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.     

以活性炭为基材负载季鏻盐多孔碳材料的制备与表征

以市售普通活性炭为碳源,先对其进行强碱活化处理制得多孔碳材料,再经硝酸氧化后,通过水热溶剂法将季鏻阳离子负载于多孔碳上,得到功能化的多孔碳材料。通过比表面积(BET)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及ζ电位对其形貌和结构进行分析,并对其抗菌活性进行表征。结果表明,该方法成功合成了功能化多孔碳材料,该碳材料在水溶液中具有较好的分散性、稳定性和荷电性,并对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)具有良好的抗菌活性。     

ZIF-67衍生的Ag/Co@NC材料及其氧还原性能的研究（英文）

氮掺杂的多孔碳材料可作为氧还原反应的催化剂,本文借助ZIF-67富氮多孔的特殊结构,采用湿式逐步还原法将Ag嵌入ZIF-67孔腔内,然后在Ar中碳化成功地制备了Ag/Co双金属嵌入的氮掺杂的多孔碳复合材料(Ag/Co@NC)作为氧还原反应的催化剂.为了证明Ag的突出作用,同时在Ar中碳化了ZIF-67制备了Co嵌入的氮掺杂的多孔碳材料(Co@NC).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱以及比表面积分析对材料的显微形貌、物相组成、结构进行分析,采用循环伏安和线性扫描极化曲线对材料的氧还原催化活性和催化稳定性进行研究.结果表明,Ag的嵌入未改变ZIF-67的晶体结构,但是大大提高了材料的氧还原催化活性. Ag/Co@NC材料的半波电位和起始电位均高于Co@NC材料,且其在1000次循环伏安测试前后的半波电位变化仅为30 mV,显示出很好的催化稳定性和甲醇耐受性,可作为燃料电池和金属-空气电池的阴极催化剂.     

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.     

掺杂多孔碳材料催化醇选择性氧化研究进展

羰基化合物是重要的有机中间体,醇类化合物的选择性氧化是合成羰基化合物的一类重要反应.在这类反应中,掺杂多孔碳材料因其独特的性能可直接作为催化剂或者催化剂载体.我们综述了单一掺杂多孔碳材料、共掺杂多孔碳材料和负载型掺杂多孔碳材料的制备方法,可能存在的活性位点和催化机理.最后,讨论了掺杂多孔碳材料目前需要解决的问题,指出设计绿色高效的负载非贵金属的掺杂多孔碳材料是未来的一个重要发展方向.     

基于泡沫铜的多孔碳均匀负载Cu3P纳米颗粒的制备及其光催化降解染料性能北大核心CSCD

为了开发活性高、易回收的光催化剂,采用多步热解法制备了基于泡沫铜的多孔碳均匀负载Cu_(3)P纳米颗粒。在泡沫铜(FC)基底原位生长铜基金属-有机框架晶态材料(Cu-MOF),通过热解处理使得泡沫铜表面覆盖了均匀负载于碳材料的Cu_(2)O/Cu纳米颗粒(Cu_(2)O/Cu@NPC@FC-400)。对该材料进行磷化处理得到目标光催化剂Cu_(3)P@NPC@FC-400。利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫散射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)等表征材料的组成和形貌。以罗丹明B(Rh B)溶液作为模拟废水,探究其光催化性能及机理。结果发现,Cu_(3)P@NPC@FC-400材料对罗丹明B染料具有良好的光催化性能,在3 h内染料去除率可达94%。该材料便于回收,循环利用10次后,光催化活性保持不变。此外,该材料对于含有7种染料的复杂体系也具有优异的光降解性能。该催化剂具有稳定性高、回收简便的优势,可用于处理含有多种染料的废水。     

介孔碳材料CMK-3的合成及其吸附性能研究——介绍一个综合化学实验

介绍一个集物理化学、分析化学和无机化学为一体的综合实验——介孔碳材料CMK-3的合成及其吸附性能研究。实验通过合成具有高比表面积的介孔碳材料CMK-3,运用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附/脱附技术表征材料的形貌和多孔结构;考察了介孔碳材料CMK-3对水溶液中次甲基蓝染料分子的吸附性能。