锂离子电池负极硅-热解碳-石墨复合材料的制备及性能

以沥青为碳前驱物,通过加热分解法制备了具有不同热解碳含量的硅-热解碳-石墨复合材料,并测试及分析了材料的形貌、结构及电化学性能。结果表明,沥青质量在320～560℃的温度区间内迅速减小,沥青质量的减小是由于氢元素的去除。经过高温分解制得的热解碳与沥青的质量比率为65%。在硅-热解碳-石墨复合材料中,硅颗粒分散在石墨表面,热解碳覆盖在硅颗粒表面,热解碳增强了硅颗粒与石墨间的界面结合力。适当含量的热解碳增大了复合材料的放电比容量且改善了循环稳定性;过量的热解碳不能进一步提升复合材料的放电容量。     

锂离子电池用酚醛树脂热解炭材料的研究

以酚醛树脂为前驱体制备锂离子电池负极用热解炭材料.采用热失重分析方法研究了酚醛树脂在热处理过程中的变化.采用XRD、BET及电化学方法研究了所得热解炭材料的结构与性能.随着热解温度升高和恒温时间增加,所得热解炭材料的结构有序性增加,比表面积减小,首次充电容量和放电容量均减少,充放电效率增大.其中1050℃下恒温2小时所得热解炭材料的电化学性能较好,首次充电容量、放电容量和充放电效率分别为560mAh/g、387mAh/g、69.1%.     

磷化酚醛树脂热解炭材料的电化学性能

采用化学法和物理法制备含P酚醛树脂热解炭材料,比较了不同的制备方法、不同的热解温度及不同的P含量对材料结构和性能的影响.结果表明:热解温度为600℃时化学法制备的掺杂20%磷酸的炭材料表现出良好的充放电性能.首次充放电比容量分别为1 200 mA.h.g1和628 mA.h.g1,循环10次时可逆比容量为420 mA.h.g1,比同样条件下未掺P炭材料可逆比容量提高13%.     

酚醛树脂包覆氧化天然石墨作为锂离子电池负极材料

天然石墨经过浓硫酸氧化处理,酚醛树脂包覆并高温碳化后形成具有核壳结构的碳包覆氧化天然石墨复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),激光显微拉曼光谱(Raman)等检测技术对氧化处理以及酚醛树脂热解碳包覆前后天然石墨材料的结构与形貌进行分析与表征.结果表明,氧化处理与适量的酚醛树脂热解碳包覆有效修复了天然石墨表面的一些缺陷结构,使其表面更为光滑.电化学测试结果显示,经过氧化处理与酚醛树脂热解碳包覆后天然石墨材料电化学性能得到明显提高.酚醛树脂包覆量为9%时,复合材料表现出最好的电化学性能,其首次放电比容量为434.0mAh·g-1,40次循环后,放电比容量保持在361.6mAh·g-1,而未经处理的天然石墨放电比容量仅为332.3mAh·g-1.该改性方法有效提高了天然石墨材料的比容量,对其进一步应用具有重要意义.     

金属有机骨架衍生 Ni基材料催化烷烃选择氧化

N掺杂碳基纳米材料由于具有高稳定性、良好的导电性、较大的孔体积和比表面积等特点而受到了国内外广泛的关注,在气体吸附、催化、电化学以及燃料电池等许多领域表现出潜在应用价值. N掺杂碳材料的制备主要采用两种方法,即后合成法和原位合成法.后合成法是指采用含 N化合物(如尿素等)对已合成的碳材料进行处理,但所制材料中 N含量往往偏低,且 N活性位不够稳定.要得到 N含量较高且稳定的 N掺杂碳材料常常采用原位合成法,即以富氮前体作为模板,在热解过程中 N原位嵌入碳纳米材料中,因而具有结构稳定, N含量丰富等优点.
　　金属有机骨架(MOFs)材料是一种新型的类沸石类多孔材料,是由金属离子和有机配体通过配位键键合而成的拓扑结构.该类材料具有较高的孔隙率和比表面积以及结构可调控性等特点.通过调节金属中心和配体种类,引入含 N配体,可以得到不同类型的含 N的 MOFs.此外,含 N的 MOFs在一定温度下热解能有效减少 N元素的流失,因此, MOFs是一类优秀的用于制备 N掺杂碳基纳米材料的模板材料.近年来,以含 N的金属有机骨架材料为模板,通过简单热解一步合成 N掺杂碳基纳米催化剂,已成为国内外研究的热点之一.
　　本文在惰性气氛中采用直接热解 Ni基 MOF方法制备了 N掺杂 C包裹的 Ni纳米颗粒,并利用 X射线粉末衍射(PXRD)、N2吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子吸收光谱(AAS)、X射线光电子能谱(XPS)等对该复合材料的组成和结构进行了表征.
　　 PXRD测试结果表明,经过热解,催化剂中出现了大量的金属 Ni粒子,说明 Ni-MOF中的 Ni2+离子在热解过程中被原位还原成了 Ni纳米颗粒. N2吸附脱附结果表明,热解前的 Ni-MOF结构中只存在微孔结构,但是热解 Ni@C-N材料中生成了大量的介孔或大孔结构,从而有利于反应底物与催化剂活性位点的接触. SEM结果表明,在较低的温度下热解,催化剂可以保持 MOFs原来的构型,且结构疏松多孔；而在较高的温度下热解,如800oC,将有大量的碳纳米管生成. TEM结果表明,随着热解温度升高,催化剂中 Ni纳米颗粒逐渐增大.从 HRTEM测试结果可以清晰看出,高温热解时有石墨烯结构生成,并且生成的 Ni纳米颗粒原位嵌入了石墨烯结构中,因而有利于 Ni纳米颗粒的分散,从而提高催化剂的活性. XPS结果进一步证明,热解过程中, Ni2+被原位还原成了零价的 Ni纳米粒子,此外, N 1s谱图也进一步证明 N在热解过程中原位嵌入了生成的石墨烯结构中.
　　随后,以乙基苯选择性氧化为模型反应,测试了 Ni@C-N材料的催化活性.结果表明,该材料在烷烃选择氧化反应中表现出很高的催化活性和选择性,尤其是 Ni@C-N-900-8h,在温和的反应条件下,可有效催化一系列饱和烷烃的选择氧化,获得很高的氧化产物收率,且重复利用多次后其活性和选择性没有明显的下降.     

竹节状纳米碳纤维的制备及嵌锂性能研究

以泡沫镍为催化剂,在600和700℃下,以CVD法热解乙炔气体制备大量的纳米碳纤维.随着制备温度增加,纳米碳纤维直径变小,竹节状含量减少, d002值减小,微晶片层平面Lc和La值增大,碳材料的可逆容量则下降.分别用透射电镜、 X射线衍射和拉曼光谱观察和测定了纳米碳纤维的形貌、微结构,发现在不同条件下生长的纳米碳纤维有不同的形貌和结构.对纳米碳纤维的电化学嵌锂性能的研究表明,纳米碳纤维的结构对其电化学嵌锂容量和充放电循环寿命起重要影响,制备温度越低,纳米碳纤维的石墨化程度越差,可逆嵌锂容量相应要高一些.     

金属有机骨架衍生Ni基材料催化烷烃选择氧化（英文）

N掺杂碳基纳米材料由于具有高稳定性、良好的导电性、较大的孔体积和比表面积等特点而受到了国内外广泛的关注,在气体吸附、催化、电化学以及燃料电池等许多领域表现出潜在应用价值.N掺杂碳材料的制备主要采用两种方法,即后合成法和原位合成法.后合成法是指采用含N化合物(如尿素等)对已合成的碳材料进行处理,但所制材料中N含量往往偏低,且N活性位不够稳定.要得到N含量较高且稳定的N掺杂碳材料常常采用原位合成法,即以富氮前体作为模板,在热解过程中N原位嵌入碳纳米材料中,因而具有结构稳定,N含量丰富等优点.金属有机骨架(MOFs)材料是一种新型的类沸石类多孔材料,是由金属离子和有机配体通过配位键键合而成的拓扑结构.该类材料具有较高的孔隙率和比表面积以及结构可调控性等特点.通过调节金属中心和配体种类,引入含N配体,可以得到不同类型的含N的MOFs.此外,含N的MOFs在一定温度下热解能有效减少N元素的流失,因此,MOFs是一类优秀的用于制备N掺杂碳基纳米材料的模板材料.近年来,以含N的金属有机骨架材料为模板,通过简单热解一步合成N掺杂碳基纳米催化剂,已成为国内外研究的热点之一.本文在惰性气氛中采用直接热解Ni基MOF方法制备了N掺杂C包裹的Ni纳米颗粒,并利用X射线粉末衍射(PXRD)、N2吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子吸收光谱(AAS)、X射线光电子能谱(XPS)等对该复合材料的组成和结构进行了表征.PXRD测试结果表明,经过热解,催化剂中出现了大量的金属Ni粒子,说明Ni-MOF中的Ni~(2+)离子在热解过程中被原位还原成了Ni纳米颗粒.N2吸附脱附结果表明,热解前的Ni-MOF结构中只存在微孔结构,但是热解Ni@C-N材料中生成了大量的介孔或大孔结构,从而有利于反应底物与催化剂活性位点的接触.SEM结果表明,在较低的温度下热解,催化剂可以保持MOFs原来的构型,且结构疏松多孔;而在较高的温度下热解,如800℃℃,将有大量的碳纳米管生成.TEM结果表明,随着热解温度升高,催化剂中Ni纳米颗粒逐渐增大.从HRTEM测试结果可以清晰看出,高温热解时有石墨烯结构生成,并且生成的Ni纳米颗粒原位嵌入了石墨烯结构中,因而有利于Ni纳米颗粒的分散,从而提高催化剂的活性.XPS结果进一步证明,热解过程中,Ni~(2+)被原位还原成了零价的Ni纳米粒子,此外,N 1s谱图也进一步证明N在热解过程中原位嵌入了生成的石墨烯结构中.随后,以乙基苯选择性氧化为模型反应,测试了Ni@C-N材料的催化活性.结果表明,该材料在烷烃选择氧化反应中表现出很高的催化活性和选择性,尤其是Ni@C-N-900-8h,在温和的反应条件下,可有效催化一系列饱和烷烃的选择氧化,获得很高的氧化产物收率,且重复利用多次后其活性和选择性没有明显的下降.     

优化碳包覆对正极材料LiFePO4/C高倍率性能的影响

碳包覆层的结构和形态对LiFePO4正极材料的电子电导率影响很大. 本文以聚丙烯和葡萄糖为碳源, 二茂铁为催化剂前驱体, 采用原位固相法合成LiFePO4/C复合材料, 并对其微观结构和形貌, 碳的结构与含量, 电化学性能进行分析. 结果表明, 聚丙烯热解形成的碳包覆层石墨化程度高, 可提高材料的高倍率放电性能. 二茂铁的加入有助于优化包覆层的碳结构. 制备的LiFePO4/C复合材料具有优异的高倍率电化学性能, 10C (1C=170 mA·g-1)放电比容量达到145 mAh·g-1.     

MOF热解法制备Ni/C核壳材料及其催化苯乙炔加氢性能研究

通过水热合成法以硝酸镍和2,5-二羟基对苯二甲酸为原料成功合成Ni-MOF-74.以此为前体,在Ar气氛下热解制备了一系列介孔结构丰富、尺寸均匀的纳米Ni/C核壳催化剂.Ar气氛下通过延长热解时间（400℃,6 h）或提高热解温度（≥500℃）可以得到完全热解产物,粒子尺寸随热解温度的升高而增大.H₂-TPR结果表明随着热解温度的提高,镍与表面碳层之间的相互作用增强,材料还原性能降低.TEM和Ar离子溅射XPS给出了Ni/C纳米材料为核壳结构的直接证据.由于表面碳层的化学惰性,隔离作用和电子调控作用,使得部分镍物种能够以单质镍（Ni⁰）形式稳定存在.其次,表面碳壳的存在减弱了颗粒间的相互作用,有利于催化剂在反应体系中均匀分散.以苯乙炔选择加氢反应为探针,在高压釜式反应器中测试Ni/C的催化性能.研究发现Ni/C在苯乙炔加氢反应中表现出了非常优异的催化活性（0.833 mmol•min^-1•g_cat.^-1）和稳定性.其与几种催化剂的加氢活性由弱到强的顺序为：Ni < NiSi_x < 负载型Ni₂Si < Ni/C < Pd < Pt.     

高温下煤焦的碳微晶及孔结构的演变行为

以贵州煤为原料,在热解温度950℃~1400℃制备了各种慢速和快速热解焦,主要对高温热解过程中煤焦的碳微晶和孔结构的演变行为进行了研究,同时也研究了高温气化过程中煤焦的孔结构变化规律。结果表明,慢速热解焦和快速热解焦的C和H含量明显不同;随热解温度的升高,煤焦的碳微晶结构向有序化方向发展,但慢速热解煤焦比快速热解煤焦的"石墨化"程度大;快速热解煤焦的微孔比表面积和微孔容积明显高于慢速热解煤焦,即快速热解煤焦的孔隙结构明显比慢速热解煤焦发达;在气化反应初期,煤焦的微孔比表面积下降,微中孔比表面积增加,反应后期煤焦的总比表面积快速下降。     

有机胺修饰具有较大孔径介孔材料的二氧化碳吸附性能

以非离子表面活性剂P123为模板剂,正硅酸甲酯为硅源,通过加入不同的扩孔剂制得具有较大孔径的SBA-15类介孔材料,并采用粉末X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱等手段对所得样品进行了表征.加入扩孔剂可以明显增大介孔材料的孔容和孔径,而异辛烷为扩孔剂的扩孔效果明显优于四氯化碳.经四乙烯五胺(TEPA)镀饰后,这些样品均表现出良好的CO2吸附性能.其中对于除去模板剂后再镀胺的样品,其CO2吸附能力与介孔材料孔道结构关系不大,而对于未除模板剂的原粉镀胺样品,CO2吸附能力则随孔道的变大而增强.此外,通过吸附等温线和CO2-程序升温脱附(TPD)手段比较了温度和压力对CO2吸附的影响,发现在较高温度下吸附时CO2的吸附能力随压力的变化存在显著差别,因而在这类TEPA修饰的介孔材料上可通过变压吸附的途径来实现对环境气流中CO2的吸附和分离.     

3-取代甲撑肼基二硫代甲酸甲酯类化合物热裂解的研究

首次采用气质联用仪研究了3-取代甲撑肼基二硫代甲酸甲酯类化合物的热裂解反应, 发现其在气化室可热裂解产生芳香腈、甲硫醇和异硫氰酸. 考察了3-苯基甲撑肼基二硫代甲酸甲酯在不同温度时的热裂解效率, 发现温度对其热裂解具有重要的影响, 该化合物在230 ℃时就能基本完全裂解. 同时还考察了含有不同取代基的化合物在210 ℃下的热裂解情况, 结果表明含推电子基的化合物比吸电子基化合物在气化室中裂解得完全, 热稳定性更差, 并根据实验结果推测了热裂解反应的可能机理.     

Thermal behaviour of fentanyl and its analogues during flash pyrolysis

Flash pyrolysis of fentanyl and its analogues has been studied on pyrolysis-gas chromatograph-mass spectrometer (Py-GC-MS) system. Initial pyrolytic fragmentation of these compounds led to the formation of N-substituted-1,2,5,6-tetrahydropyridine and N-phenylpropanamide as the primary pyrolytic products. Moreover, depending up on the furnace temperature, these pyrolytic products can also undergo further fragmentation to give different compounds. We, herein, discuss the probable fragmentation routes of parent as well as pyrolytic products. This study will be useful while developing technologies for thermal aerosol generation of fentanyl and related compounds.     

新型掺杂多孔芳香骨架材料的储氢性能模拟

基于PAF-301分子模型通过Li掺杂或B取代等模式设计了几种新型多孔芳香骨架(PAFs)材料,采用量子力学和分子力学方法对新材料的储氢性能进行研究.由量子力学计算得到了不同分子片段与H2之间的结合能,并结合DDEC方法计算了各分子片段的原子电荷分布.利用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法计算了77和298 K下H2在不同PAFs材料中的吸附平衡性质.结果表明,H2直接与苯环的结合能较低,但掺杂Li原子能够提高H2与六元环的结合能,同时Li原子体现出较高的正电性质,B原子取代苯环中的两个C原子后,使得原有C原子电负性增强;77 K下PAF-301Li具有最高的储氢性能,而PAF-C4B2H4-Li2-Si和PAF-C4B2H4-Li2-Ge体现出较好的常温储氢性能,各种材料的常温储氢性能远低于其低温储氢性能.通过77 K下H2在PAFs材料中的等位能面分布和吸附平衡质心密度分布对H2在PAFs材料中的优先吸附位置进行分析,发现在PAF-301和PAF-301Li骨架中,由于中心能量较低的等位能区域范围较宽,H2在其中存在四个明显的吸附高密度分布区域,而其它三种PAFs晶胞中心能量较低的等位能区域范围较窄,使得H2在其中只存在两个明显的吸附高密度分布区域.     

Selective fast pyrolysis of biomass impregnated with ZnCl2: Furfural production together with acetic acid and activated carbon as by-products

Fast pyrolysis of biomass materials impregnated with ZnCl₂ offered a promising way to obtain a liquid product rich in furfural (FF) and acetic acid (AA), and the pyrolytic solids could be used as the precursors to prepare activated carbons (ACs). In this study, a lab-scale fast pyrolysis set was designed and used for the quantitative production of the three chemicals. The maximum FF was produced from the corncob impregnated with at least 15 wt% ZnCl₂ and at the pyrolysis temperature around 340 °C, with the yield of more than 8 wt% compared with only 0.49 wt% from the raw corncob. Meanwhile, AA of around 4 wt% could be obtained. The content of the FF and AA was over 50 wt% and 25 wt% on the water-free basis of the pyrolytic liquids. In addition, ACs were prepared from the pyrolytic solids, and they exhibited similar properties as those prepared from direct activation of ZnCl₂-impregnated biomass materials.     

废轮胎热解石脑油馏分的组成分析

研究了废轮胎在回转窑中试反应器中进行中温段(450 ℃～650 ℃)热解所得产物油中石脑油馏分(i.b.p.～200 ℃)的品质。对原始热解油进行实沸点蒸馏,石脑油馏分的收率随热解温度的升高而明显增加,在600 ℃取得最大值40.48%,之后又有所下降。采用GC和GC-MS对石脑油馏分的组成进行了分析。结果表明,热解石脑油具有很强的芳香性,而且芳烃含量随热解温度的升高而持续增加,热解温度在550 ℃以上的石脑油中的芳香烃含量超过80%。轻质单环芳烃苯、甲苯、乙苯和二甲苯等为其中的主要芳烃。热解石脑油中的脂肪烃多为不饱和烃。     

Influence of pyrolysis temperature and time on the cellulose fast pyrolysis products: Analytical Py-GC/MS study

Analytical pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS) was employed to achieve fast pyrolysis of cellulose and on-line analysis of the pyrolysis vapors. Experiments were performed to reveal the effects of pyrolysis temperature and time on the distribution of the pyrolytic products, especially the formation characteristics of eighteen important products. During the fast pyrolysis process, the cellulose started decomposition to form organic volatile products at the set pyrolysis temperature of 400 °C. The pyrolytic products included various anhydrosugars (dominated by the levoglucosan (LG)), anhydrosugar derivatives (mainly the levoglucosenone (LGO), 1,4:3,6-dianhydro-α-d-glucopyranose (DGP), 1,5-anhydro-4-deoxy-d-glycero-hex-1-en-3-ulose (APP) and 1-hydroxy-3,6-dioxabicyclo[3.2.1]octan-2-one (LAC)), furan compounds (typically the 5-hydroxymethyl-furfural (HMF), furfural (FF) and furan (F)), as well as light linear carbonyls (mainly the hydroxyacetaldehyde (HAA) and 1-hydroxy-2-propanone (HA)). These products were generated with different characteristics. The LG was the most important product, it was thermally stable, and its formation was favored at elevated pyrolysis temperature and time. Most of the other products were also enhanced at elevated pyrolytic conditions. However, some products, such as the LGO, were favorable to be produced at low temperatures. Based on these characteristics, discussion was performed on the possible pyrolytic pathways for the formation of the important products.     

Scrap Tires Pyrolysis: Product Yields,Properties and Chemical Compositions of Pyrolytic Oil

This investigation involves an experimental study on the pyrolysis of scrap tires under different operating conditions such as feedstock size and pyrolysis temperature by highlighting the properties of the whole liquid products generated during each thermal degradation process. The complete conversion temperature for the pyrolysis of used tires was close to 500?550°C. The characteristics of liquid fraction were determined by elemental analysis, chromatographic and spectroscopic techniques and distillation data. All the obtained atomic ratios are around 1,4 which is significant that such pyrolytic liquids are a mixture of aliphatic and aromatic compounds derived from polymeric materials. Analysis of the pyrolytic oil (pyro-oil) by chromatographic analysis showed that it was a complex mixture of organic compounds C₅?C₂₆, aromatics and a large proportion of light hydrocarbons that can be used as liquid fuels. Furthermore, the comparison distillation data indicates that more than 40% of such pyrolytic oil fraction with the boiling point range between 180?360°C is specified for diesel. It is noted that the viscosity decreases obviously from 4.87 to 1.79 with the increase in temperature.     

Characterization and comparison of two ligno-cellulosic substrates by (13)C CP/MAS NMR,XPS, conventional pyrolysis and thermochemolysis

Ligno-cellulosic substrates (LCSs) isolated from wheat straw and bran exhibit high complexing capacities and may have important applications for metal removal from industrial effluents. These two LCSs were examined in the present work by spectroscopic and pyrolytic methods (solid state cross polarization magic angle spinning (CP/MAS) (13)C NMR, XPS, conventional Curie pyrolysis (Cupy)/GC/MS, and TMAH thermochemolysis/GC/MS). This combined study highlighted the limitation of some of the above methods when applied to ligno-cellulosic materials and the resulting biases and the usefulness of TMAH thermochemolysis. A large difference in composition was observed between bran- and straw-LCS due to a much higher contribution of alkyl moieties in the former. These moieties correspond to fatty acids esterified to the ligno-cellulosic macromolecular structure and such carboxylic functions should play an important role for metal complexation.     

铁脂质体/水分配系数测定及影响因素考察

基于PAF-301分子模型通过Li 掺杂或B取代等模式设计了几种新型多孔芳香骨架(PAFs)材料, 采用量子力学和分子力学方法对新材料的储氢性能进行研究. 由量子力学计算得到了不同分子片段与H₂之间的结合能, 并结合DDEC方法计算了各分子片段的原子电荷分布. 利用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法计算了77和298 K下H₂在不同PAFs材料中的吸附平衡性质. 结果表明, H₂直接与苯环的结合能较低, 但掺杂Li 原子能够提高H₂与六元环的结合能, 同时Li 原子体现出较高的正电性质, B原子取代苯环中的两个C原子后, 使得原有C原子电负性增强; 77 K下PAF-301Li 具有最高的储氢性能, 而PAF-C₄B₂H₄-Li₂-Si 和PAF-C₄B₂H₄-Li₂-Ge体现出较好的常温储氢性能, 各种材料的常温储氢性能远低于其低温储氢性能. 通过77 K下H₂在PAFs材料中的等位能面分布和吸附平衡质心密度分布对H₂在PAFs 材料中的优先吸附位置进行分析, 发现在PAF-301 和PAF-301Li 骨架中, 由于中心能量较低的等位能区域范围较宽, H₂在其中存在四个明显的吸附高密度分布区域, 而其它三种PAFs晶胞中心能量较低的等位能区域范围较窄, 使得H₂在其中只存在两个明显的吸附高密度分布区域.