超级电容器用碳化物骨架碳/导电聚合物复合材料的研究进展

碳化物骨架碳是近年来开发的一种具有纳米结构的新型多孔碳材料。由于该材料比表面积大、孔径大小可调、表面化学结构稳定以及成本较低等优点,被认为是超级电容器的理想电极材料之一。骨架碳材料与金属氧化物的复合,或者与导电聚合物的复合,能够将双电层电容与法拉第电容结合,既可提高超级电容器的比电容,改变其充放电电压,又可以提高其循环...     

碳化硅衍生碳/球形天然石墨复合材料的制备及其结构调控

为满足储能领域对于材料兼具高能量密度和高功率密度的需求, 本文旨在将具有特殊孔隙结构的碳化物衍生碳与具有高导电性和高能量存储密度的石墨化碳(球形天然石墨)相复合, 制备得到一种多孔碳化硅衍生碳/球形天然石墨(SiC-CDCs@NG)复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、N₂吸/脱附等方法对材料的组成、结构、形貌、孔结构和比表面积等进行了表征. 结果表明,SiC-CDCs@NG材料具有较大的且可调节的比表面积和微孔体积, 微孔孔径集中在0.5-0.7 nm范围内; 通过改变NG/Si 摩尔比, 可以有效调控CDCs壳和NG核在复合材料中的组成分布、CDCs微孔的体积、孔径分布和比表面积.     

介孔碳的快速水相合成及对辣根过氧化物酶的固定

以间苯三酚-甲醛为碳源前驱体, 嵌段聚合物F127 (PEO₁₀₆PPO₇₀PEO₁₀₆)为模板剂, 在水相中快速合成了介孔碳材料. 将其应用于辣根过氧化物酶的固定化, 并初步研究了固定化对酶稳定性的影响. 利用TEM和SEM观察该材料的微观结构, 通过N₂吸附-脱附技术对介孔碳材料的孔结构和孔容等进行了表征. 结果表明, 介孔碳材料具有蠕虫状介孔结构, 孔径可在5.6～7.6 nm之间调变, 相应的比表面积介于691.1～787.8 m²/g, 且随着反应体系中盐酸浓度的增加, 所得材料的孔径、比表面积和孔容等均呈现减小的趋势. 固定在介孔碳中的辣根过氧化物酶, 保持了其蛋白质二级结构, 且与游离酶相比, 固定化酶的热稳定性、pH稳定性和操作稳定性都有明显的提高. 经多次循环操作, 固定化酶依然保持较高的活性, 说明其具有良好的可重复利用价值.     

多孔碳材料的制备

多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。     

共价有机骨架衍生碳基材料的制备及其电化学性能

设计具有多孔结构、比表面积大的高性能电极材料对于发展高能量密度的超级电容器尤为重 要。 在此,我们以共价有机骨架材料（Covalent organic framework,COF）为前驱体,通过简单热处理构建出一种氮掺杂的多孔碳纳米材料作为超级电容器电极材料。 该材料显示出高导电性和高表面积,当这种碳材料应用于超级电容器作为负极时表现出高的面积比容量。 在电流密度为 1mA?cm - 2时,其面积比容量可达 266. 58mF?cm - 2 ;即使电流密度为 20mA?cm - 2 时,面积比容量仍保持 71. 7% ,表现出很好的倍率性能;并且,该材料循环 3000 圈后依然具有 84. 8% 的容量保持率。阻抗测试表明,这种碳材料的电等效电阻约为 0. 9Ω。 本工作提出的共价有机骨架衍生的氮掺杂的多孔碳具有优越的电化学性能,为发展高性能超级电容器提供了新的方向。     

生物质纳米碳膜的制备及其电化学性能

将衰老叶片用H₂SO₄进行水热氧化得到氧化水合碳前驱体，前驱体经烘干研磨在KOH存在下进行碳化得到生物质纳米碳膜(LS-OCM),通过FT-IR,XRD、TEM、SEM、AFM、XPS及N₂吸附-脱附等测试手段对其材料组成和微观形貌进行表征。TEM、SEM及N₂吸附-脱附分析显示，制得生物质纳米碳膜材料(LS-OCM)既保留叶片原有的叶脉结构又形成丰富多级的孔道结构，比表面积约为450.7 m²/g,孔径分布较窄，平均孔径为3.8 nm; AFM分析显示，LS-OCM类似二维纳米膜，片层平均厚度在1.6 nm左右；XPS及XRD分析表明，该材料中C主要以C=C形似存在，为类石墨烯碳膜。电化学性能分析表明，在电流密度为0.25 A/g下，LS-OCM比电容为262.58 F/g,循环100圈，比电容仍然可达150.8 F/g,表明材料具有良好的稳定性。     

基于环糊精的介孔碳材料的制备及催化性能

以羟丙基-β-环糊精为结构导向剂,正硅酸乙酯为硅前驱物,通过高氯酸铵氧化联合硬模板技术合成了一系列孔径可调的介孔碳材料.采用氮气吸附-脱附实验、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对碳材料的结构和表面化学性质进行了表征;并以水合肼还原对硝基甲苯反应为模型,研究了介孔碳材料对硝基芳烃还原反应的催化性能.实验结果表明,所得材料具有蠕虫状孔系结构,有较高的比表面积和孔容、较窄的孔径分布范围、较多的含氧官能团和较高的催化活性;且以高氯酸铵室温氧化合成的介孔碳的催化活性最高,产物收率达到88.48%;介孔碳循环使用4次后仍然保持良好的催化活性.     

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.     

金属有机框架衍生碳纳米材料的精准合成与应用进展

碳基材料因其比表面积大、热稳定性和化学稳定性好而被广泛应用于化工、能源、环保等领域。金属有机框架(MOFs)材料具有结构丰富、比表面积大、电导率理想和孔隙率可控的特点，已经成为碳基材料优良的前驱体。以MOFs为模板，通过合成工艺调控以及特定官能团、元素掺杂等方式修饰后获得的功能性碳纳米材料，保留MOFs的特殊结构的同时，还可以调整碳材料结构组成与形貌特点，改善碳材料结构有序性等，达到精准合成的目的。此外，杂原子(如N、 S和P等)的引入也能提升MOFs碳基材料的性能，使MOFs衍生碳具有更加广泛的应用潜力。本文综述了近年来以MOFs为前驱体，利用不同MOFs的特点精准合成特殊结构的碳纳米材料，并总结了其作为吸附剂、催化剂以及电极材料的应用进展。     

多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料具有高的比表面积、可调控的物理化学性质、价廉易得等优点,在能源存储和转换、催化、吸附分离等领域展现出了巨大的应用前景.多孔碳材料的制备方法和前驱体的选择直接决定了其性能及使用范围.聚合物结构丰富,通过碳化不同结构的聚合物制备多孔碳材料是目前多孔碳材料的研究热点之一.本文详细综述了目前多孔碳材料的主要制备方法以及聚合物作为碳前驱体,其结构与多孔碳材料结构与性能之间的构效关系.最后,对多孔碳材料的未来发展方向做了进一步的展望.     

Carbonaceous species of TSP in urban and rural sites around coal-fired power stations in northwestern Greece

Total suspended particles from urban and rural locations around an industrial complex with four coal-fired power stations were collected for a period of 6 months (January-June 2001). Mass concentrations of TSP and carbonaceous species (TC, EC, OC and BC) were determined for seven sampling sites of the studied area. The contribution of TC mass to the total particle mass was similar for all sites with an average value of 12.36±1.27%. The fraction of elemental carbon (EC) was estimated between 32 and 46% of the total carbon (TC). The relationship between organic and elemental carbon showed the primary origin of organic carbon (direct emissions). The OC/BC ratio values were also considered in order to get information about the enrichment of aerosols in organic carbon. Four conditional categories out of the sampling site ‘collection were additionally extracted (“urban”, “rural”, “far” and “close” location to the power stations) and considered with respect to the values of the ratios OC/BC and OC/EC and the multiple correlation coefficients R² for the concentrations of OC, BC and EC. It has been found that in some cases the correlation coefficients rather than the ratios could inform on the type of site.     

THEORETICAL COMPARISON OF THE BONDING OF CHALCOCARBONYL LIGANDS

Abstract

Fenske-Hall molecular orbital calculations on the complexes CpFe(CO)₂(CX)⁺ (X = O, S, Se, and Te) have been used to quantify the nature of bonding between the CX ligands and the metal atom. In addition, conclusions have been reached about the reactivity of the complexes under both nucleophilic and electrophilic attack. The previously established trend of increasing metal—ligand bond strength as X changes from O to S to Se is demonstrated by our molecular orbital calculations, and found to extend to Te. The mechanism for nucleophilic attack, variously explained in the past by either charge control or orbital control, is quantitatively ascribed to orbital control only. The nature of electrophilic attack on these complexes is also found to begin with orbital control.     

多孔炭材料的研究进展及前景

近年来多孔炭材料在国内外的研究和开发应用都十分活跃。本文从制备原料的扩展, 形态特征的增多, 纳米空间的控制, 功能特性的改进, 微细组织的察, 应用途径的开拓等不同方面综述了多孔炭材料的研究和应用开发的新进展。     

Spiro-Carbon: A Metallic Carbon Allotrope Predicted from First Principles Calculations

A structurally stable microporous metallic carbon allotrope, poly(spiro[2.2]penta-1,4-diyne) or, for short, spiro-carbon, with I4₁/amd (D_4h) symmetry is predicted by first-principles calculations using density functional theory (DFT). The calculations of electronic, vibrational, and structural properties show that spiro-carbon has lower relative energy than other elusive carbon allotropes such as T-Carbon and 1-diamondyne (Y-Carbon). Its structure can be pictured as a set of trans-cisoid-polyacetylene chains tangled and interconnected together by sp³ carbon atoms. Calculations reveal a metallic electronic structure arising from an “intrinsic doping” of trans-cisoid-polyacetylene chains with sp³ carbon atoms. Possible synthetic routes and various simulated spectra (XRD, NMR, and IR absorption) are provided in order to guide future efforts to synthesize this novel material.     

新型碳材料作为直接醇类燃料电池催化剂载体的评述

 电催化反应过程涉及固、液、气传输以及电子和质子传导, 为确保反应的顺利进行和提高催化剂中贵金属的利用率及延长催化剂的寿命, 理想的电催化剂载体必须同时具备高比表面积、导电性好、合适的孔结构、耐腐蚀以及合适的表面基团等. 为此, 碳载体的改性工作受到关注, 常用的方法是通过酸、碱、氧化和高分子等手段改变载体的结构和表面性质, 以期接近理想电催化剂载体的要求; 同时在开发新型碳载体方面做了更大量的工作. 本文简要评述了商品炭载体如碳黑 Vulcan XC-72R 以及其它的乙炔黑、黑珍珠-2000、Printex XE-2 和 Ketjen Black EC 等碳材料在直接醇燃料电池中的应用, 但对纳米碳纤维、碳纳米管、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、碳纳米卷和碳气凝胶等新型碳载体则进行了较全面的评述. 与商品碳载体相比, 新型碳载体在一定程度上都表现出比 XC-72R 更优的性能, 这主要是因为新型碳材料具有特殊的结构、更高的结晶性能 (导电性) 和更好的传质能力.     

Gasification of hydrolysis lignin with CO2 in the presence of Fe and Co compounds

The effect of the nature of the metal (Fe and Co) deposited on the surface of hydrolysis lignin, as well as the metal content (1, 3, 5 and 7 wt%), on the process of dry catalytic lignin reforming has been studied. The use of the catalyst led to a twofold increase in the conversion of carbon dioxide at temperatures of 500–800 °C, while both metals showed similar activity. The maximum specific catalytic effect is achieved when supporting 7 wt% of active metals.     

Applying diamond like carbon layer on carbon/carbon composites and its effect on the deposition of hydroxyapatite coating

The biomedical application of carbon/carbon (C/C) composites is limited by lacking bioactivity and releasing carbon debris. Hydroxyapatite (HA) coating has been used to improve the bioactivity of C/C composites, but it cannot reduce the release of carbon debris effectively because of poor wear resistance property. In this work, a wear‐resistant layer of diamond like carbon (DLC) is applied on C/C composites, followed by an ultrasound‐assisted electrochemical deposition to prepare HA coatings. The microstructure, morphology and chemical composition of the DLC layer and the HA coating are characterised by scanning electron microscopy, X‐ray diffraction, energy dispersive spectroscopy (EDS), X‐ray photoelectron spectroscopy, Fourier transformed infrared spectroscopy and Raman spectrum. The bonding strength between the HA coating and the DLC layer modified C/C composites is examined by a tensile test. The results show that the DLC layer has a spherical morphology and provides a uniform surface for the deposition of the HA coating. The HA coating shows flaky morphology with a compact structure. The tensile strength of the HA coating on the DLC layer modified C/C composites is 6.24 ± 0.40 MPa, which is significantly higher than that of HA coating on unmodified C/C composites(3.04 ± 0.20 MPa). Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

炭材料对铀的吸附

铀既是核燃料的主要成分又是乏燃料后处理的关键核素。将铀从乏燃料后处理流程中的高放射性料液或者其他含铀废水中分离出来既可以将此宝贵的核燃料回收使用,又有利于降低乏燃料处理后期的处置费用,以及减少铀对环境的污染。而从海水、盐湖水、尾矿废水等贫铀水体中提取铀则可能是解决将来铀资源匮乏的主要方法。炭质材料具有较大的比表面积、较高的孔隙率,耐高温,抗辐射,对各种酸碱环境有很高稳定性,而且本身无毒,环境友好,有望作为吸附剂或固相萃取材料用于从水体中吸附分离铀。本文介绍了活性炭、介孔炭、碳纳米管等材料对铀的吸附研究进展。表面功能化可以提高炭材料对铀酰离子的吸附容量与选择性,对炭材料功能化的方法主要有表面氧化、浸渍、负载和接枝等手段。由于化学稳定性高,采用化学方法在炭材料表面接枝功能分子是具有应用前景的研究方向。采用碳纤维作电极,电吸附铀的方法可以大量地从水溶液中将铀吸附到电极表面,再通过电脱附回收铀,具有工业化应用前景。     

多色荧光碳点的制备新进展

碳点(碳量子点)是在紫外-可见光吸收区域具有有效吸收的、可多色发光的新型碳纳米材料,在生物医学、环境能源和催化领域有着重要的研究应用前景。但是,在过去的10年中,无论是自上而下还是自下而上的方法,所制备碳点的发光大部分集中在蓝光-橙光范围。最近,随着制备方法的改进,有多种方法制备出了红光或近红外发光的碳点。本文简述了近3年来各类代表性的制备碳点的方法,并主要介绍了红光或近红外发光碳点的制备新进展。     

诺贝尔奖宠儿——碳元素的前世今生

碳元素历史悠久,与现代人类社会联系紧密,对人类未来意义重大,多次斩获诺贝尔奖。在揭开碳元素的发现史之后,介绍了活性炭、碳纤维、玻璃碳等无定形碳以及热解炭等过渡碳的重要作用。此外,晶形碳的经典同素异形体——C₆₀富勒烯、碳纳米管、石墨烯的独特结构造就了其在纳米材料领域的非凡用途;新型同素异形体的合成、发现与应用更是碳元素研究领域的热点。