N,S双掺杂碳纳米材料的合成及ORR性能研究

以生物质荆芥杆为前驱体,在N2气氛的保护下经高温碳化制备出了一种新型的用于燃料电池阴极氧还原的N、S双掺杂的非金属电催化剂,并研究了不同热解温度和洗涤条件对其催化性能的影响.结果表明,800℃热解及40℃稀盐酸洗涤所得产物的催化性能最优:在0.1mol·L-1 KOH溶液中,一步四电子还原过程,具有优异的催化氧还原活性、抗一氧化碳中毒以及抗甲醇干扰能力.     

氮掺杂多孔碳的制备及其电化学性能研究

利用溶剂挥发结合高温热聚合法制备了氮掺杂多孔碳(NPC)材料,并通过SEM、TEM、TG、N_2吸附-脱附、XPS等表征手段对样品的微观形貌结构和元素组成进行了分析.结果表明,氮元素掺杂明显增加材料的比表面积和孔体积,当制备的氮掺杂多孔碳材料的含氮量为4.2%(原子分数)时,它的比表面积高达422.0m~2/g高于没有氮掺杂样品的301.1m~2/g.此外,采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对NPC材料的电化学性能进行了深入研究.测试结果表明氮元素掺杂能够明显增加材料的比电容量,降低材料的内阻,极大提高碳材料的电化学性能.在0.5A/g的电流密度下,通过氮元素掺杂使得材料的比电容从83.8F/g提高至162.8F/g,内阻值从1.39Ω降低至0.47Ω;并且所得的氮掺杂多孔碳样品具有良好的倍率性能和循环稳定性.     

氮掺杂多孔MOF衍生碳电极的构筑及其电化学性能

通过两步法成功将氮掺杂石墨烯量子点(N-doped graphene quantum dots,N-GQDs)与金属有机骨架衍生碳材料(cZIF-8)组合制备出N-GQDs@cZIF-8超级电容器.1 mol/L H_2SO_4电解质中,该电极在0.5 A·g~(-1)电流密度下具有246.6 F·g~(-1)的比容量,在循环8000次时仍然保持83.7%的容量保留率,展现了优异的循环稳定性.同时, NGQDs@cZIF-8超级电容器在104.5 W·kg~(-1)的功率密度下获得了8.2 W·h·kg~(-1)的优异能量存储能力,这样显著的电化学性能主要因其具有高比表面积的三维结构和高赝电容活性的氮掺杂水平(10.13%),使其在超级电容器、锂离子电池等能量存储领域具有潜在的应用前景.     

离子掺杂钛酸锂的制备及其电容性能研究

通过向高温固相法制备的钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))掺杂Al~(3+)、Zr~(4+)、AlF_3进行离子掺杂改性,探究离子种类对材料性能的影响。采用XRD、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等方法对4种样品进行结构和电化学性能表征。结果表明,3种离子的掺杂均可以提高(Li_4Ti_5O_(12))材料的电化学性能,其中AlF_3掺杂后的性能最好,比容量提升3倍以上,经200圈循环后比容量未出现明显衰减,容量保持率在95%以上。     

高电化学性能三维网状氮掺杂石墨烯的制备

以氧化石墨烯(GO)为原料,三聚氰胺为还原剂和氮掺杂剂,经过水热法制备出了氮掺杂石墨烯(NRG)三维网络.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附分析和电化学表征等测试手段对样品的形貌、结构和电化学性能进行表征.结果表明:三聚氰胺在水热的条件下有效地将GO还原并实现氮掺杂,三聚氰胺将氧化石墨烯还原之后,使得石墨烯之间的相互作用力增强,从而使石墨烯搭建出三维网络结构,其氮含量可达4.37%.电化学测试表明,当GO与三聚氰胺质量比为1∶2(NRG-2)时,在1A/g时其最大比电容值达到了296F/g,这个比电容值高于其他不同GO与三聚氰胺质量比所制备出的氮掺杂石墨烯的比电容值.NRG-2还显示出优良的循环寿命,经过1 000次恒电流充放电循环后比电容保留量为88.5%.     

多原子掺杂蜜胺泡绵基碳电极的制备及其电化学性能

利用五氯化铌(niobium pentachloride, NbCl5)对碳化后的蜜胺泡绵(melamine foam, MF)进行活化处理,实现杂原子富集,再进行热处理,获得多原子掺杂的蜜胺泡绵基碳海绵(NbNOCSs). Nb NOCSs具有良好的自支撑三维网状结构,可直接用作单片电极,无需任何添加剂.实验结果表明, NbCl5的活化对提高NbNOCSs电极的电化学性能有着重要作用.与未经NbCl5活化的NbNOCS相比, NbNOCS-1/3 (NbCl5与一次碳化的MF的质量比为1∶3)因其独特的孔隙结构、丰富的赝电容活性物质和良好的离子转移特性而表现出更优异的电化学性能. NbNOCS-1/3在电流密度为0.5 A·g^-1时表现出173.4 F·g^-1的高比电容;在50 A·g-1时有59.49%的高容量保持率;在10 A·g^-1电流密度下循环10 000次后仍有90.78%的容量保持率,显示出良好的电化学循环性能.     

石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其电化学性能

通过水热法在160℃条件下成功制备了手风琴状石墨烯/MnO2复合材料.通过场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、BET法以及拉曼光谱对材料进行表征.结果表明,手风琴状二氧化锰与层状石墨烯之间具有十分高效的贴合,这种创新性设计有效地利用了石墨烯的高电导率、大比表面积以及二氧化锰的优秀赝电容行为.电化学测试结果给出在0.2 A·g-1时,样品的比电容高达138 F·g-1,数倍增强于单独的二氧化锰或石墨烯样品.     

杨树叶衍生生物质碳的制备及其电化学性能研究

以庨价的KOH为活化剂,将杨树叶前驱体转化为有序的多孔碳(HPC).用HPC组装的对称超级电容器表现出优庹的电化学弼能.HPC-4-500的比电容非常高,可以达到305 F/g,拥有着良好的倍率弼能.结果表明,HPC电极具有优庹的电化学弼能.因此,HPC将是一种适用于超级电容器应用的庨价活弼材料.     

介孔碳基材料的制备及电化学性能

有序介孔碳因具有均一的孔径、大的比表面积和特殊的孔道结构而具有独特的物理化学性质,使其在电化学领域得以广泛应用。作为双电层电容器电极材料,有序介孔碳材料尽管表现出来良好的充放电性能,但比电容有限,因此对有序介孔碳材料进行改性一直是热门的研究课题之一。非金属杂原子(N、S、P、B等)掺杂是提高有序介孔碳电化学水平简单且有效的方法。杂原子的介入,通过共价键相连引入新的官能团改变碳材料的理化性质,经过法拉第氧化还原反应提高材料的赝电容。     

介孔碳基材料的制备及电化学性能

有序介孔碳因具有均一的孔径、大的比表面积和特殊的孔道结构而具有独特的物理化学性质,使其在电化学领域得以广泛应用。作为双电层电容器电极材料,有序介孔碳材料尽管表现出来良好的充放电性能,但比电容有限,因此对有序介孔碳材料进行改性一直是热门的研究课题之一。非金属杂原子(N、S、P、B等)掺杂是提高有序介孔碳电化学水平简单且有效的方法。杂原子的介入,通过共价键相连引入新的官能团改变碳材料的理化性质,经过法拉第氧化还原反应提高材料的赝电容。     

离子液体溶解法制备超级电容碳及其电化学性能研究

文章以高纤维素废纸屑为原料,利用无机离子液体进行选择性表面溶解处理,得到具有润胀特性的胶状前驱体,在不同温度条件下热解制备生物质多孔碳。800℃下生物质多孔碳比表面积为1 276.3 m²/g,电化学测试结果表明,其具有较高的比电容(271 F/g),经过1 000次循环,电容保持率为90.3%。为了进一步提升超级电容器的电化学性能,在1 mol/L H₂SO₄电解液中加入15 g (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O,超级电容器的比电容得到显著提升,电流密度为10 A/g时,比电容为439 F/g,为原电容器(221 F/g)的2倍。研究结果可为生物质多孔碳超级电容器制备提供参考。     

Cu掺杂的NiO的制备及其超级电容器性能

采用低热固相反应法合成掺杂Cu的Ni(OH)2,将其在300℃下热处理得到相应的NiO.电化学测试表明:掺杂量为n(Ni):n(Cu)=100:0.25时,NiO电极的比容量最高,为99～120 F/g,具有良好的充放电性能,而不掺杂的只有83～111 F/g,因此掺杂Cu有利于提高NiO的电化学性能.     

酚醛树脂基活性炭微球的制备及其电化学性能

以苯酚和甲醛为原料,盐酸为催化剂,制备醇溶性酚醛树脂前驱体,探讨炭化温度对炭微球性能的影响,并将炭微球在3 mol/L HNO3溶液中活化后得到活性炭微球。利用红外光谱、X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安、恒流充放电、循环寿命等对该材料进行表征及电化学性能测试。研究结果表明:炭微球的最佳炭化温度为750℃,在该温度下制备的炭微球具有良好的球形形貌,其结构为部分石墨化的无定形炭;活性炭微球作为电容器电极材料具有良好的电化学性能,在1 mV/s扫描速度下比电容达到247.8 F/g;在0.5 A/g电流密度充放电下扣式超级电容器比电容高达60 F/g,且充放电循环5 000次后比电容几乎没有衰减。     

湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究

分别用氧化法、还原法和氧化还原法在溶液中反应制备了MnO2粉末.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试方法对3种样品结构、形貌和电化学性能进行分析比较.研究表明:三样品均为无定型MnO2,形貌呈团聚的球形,其中用氧化法制备的MnO2具有良好的电容性能和放电容量.     

花生壳衍生活性炭自支撑电容器电极材料的制备及其应用

以来源丰富且廉价的废弃物花生壳作为前驱体、硫脲作为氮源和硫源,制备氮硫共掺杂的NSAC(nitrogen and sulfur co-doped activated carbon).实验结果表明:相对于AC(activated carbon),NAC(nitrogen doped activated carbon),NSAC的性能更优越.NSAC具有较强的自支撑能力,可制成各种形状的电容器,满足商业需求.     

N,S-CQDs/Mn0.5Cd0.5S的制备及光催化产氢性能

采用水热法制备了氮、硫共掺杂碳量子点(N,S-CQDs),并用超声辅助法合成了N,S-CQDs修饰的Mn_0.5Cd_0.5S(MCS)复合光催化材料.研究表明,在模拟太阳光照射下,质量分数为1%的N,S-CQDs/MCS的光催化产氢速率显著提高,为34 159.25μmol/(g·h),是MCS的1.63倍,是质量分数为1%的CQDs/MCS的1.14倍.此复合物光催化产氢性能的提高主要归因于N,S-CQDs优异的电子迁移能力以及MCS与N,S-CQDs之间的紧密接触.     

N掺杂TiO2的制备、表征及其光催化性能

采用水热法制备了N掺杂TiO2光催化剂,并用X衍射、X光电子能谱和紫外-可见吸收光谱进行了表征,测定了其光催化氧化甲基橙的催化性能.结果表明,与未掺杂TiO2相比,N掺杂TiO2在可见光区有更大的吸收,N的掺杂还明显提高了TiO2光催化氧化甲基橙的性能.     

活性炭负载N掺杂TiO_2光催化剂的制备及其可见光催化活性研究

以尿素为N源、以钛酸四丁酯和乙醇为原料,采用溶胶凝胶法制备N掺杂TiO2,并用浸渍法将TiO2负载于粒状活性炭上,通过烧结制成N-TiO2/AC光催化剂.并利用TG-DTA、XRD、BET对催化剂的结构、尺寸等特征进行分析和表征,同时考察了亚甲基蓝溶液初始浓度、催化剂用量、亚甲基蓝溶液pH值、催化剂负载次数对N-TiO2/AC光催化剂在可见光下降解亚甲基蓝的影响.其结果表明负载于活性炭上的N-TiO2平均粒径约为9.3 nm,晶型为锐钛矿型,其比表面积为746.9 m2/g.最佳条件下在亚甲基蓝溶液初始浓度为100 mg/L、制备催化剂用量为0.4 g,亚甲基蓝溶液pH值为1.0时,经100 W钨灯5 h照射后,亚甲基蓝的去除率为91.43%,相同条件下比N-TiO2和纯TiO2催化剂活性分别提高了2.580倍和65.31倍.     

超级电容器用氮/氧共掺杂多孔碳纳米材料的制备及性能研究

超级电容器作为一种新型的储能装置,而电极是决定超级电容器电化学性能的核心部件.在研究工作中,利用D-无水葡萄糖为碳源、三聚氰胺为氮源和NaHCO3为致孔剂成功合成了 一种氮/氧共掺杂碳纳米材料用于高性能超级电容器.在电流密度为1 Ag-1时,电极材料的比电容可达165Fg-1(6MKOH电解液).采用合成方法可以成功实...     

三聚氰胺/石墨烯复合碳材料的制备及性能研究

制备具有高比表面积及良好导电性的含氮碳材料是提高超级电容器电化学性能的重要途径.文章将三聚氰胺甲醛树脂预聚体及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性的氧化石墨烯(GO)复合,经水热反应、碳化及活化等步骤制备了三聚氰胺/石墨烯复合碳材料,通过XRD、BET、孔径表征、循环伏安法和交流阻抗等方法对碳材料的物相结构和电化学性能进行表征测试,研究复合碳材料的制备条件对电化学性能的影响.结果显示,碳材料以介孔为主,平均孔径为3.62 nm,比表面积为497 m2·g-1;在CTAB与GO质量比为1∶1,p H=9,条件下制得的复合碳材料,在6 mol·L-1KOH电解液中的质量比电容为113 F·g-1.