基于离子液体的炭材料制备、改性及应用

离子液体因其熔点低、液态温域宽、蒸气压低、热稳定性高、电导率高、电化学窗口宽、结构可设计及对许多化合物的亲和性等系列性能而引起人们广泛关注。离子液体在炭材料制备、改性领域展示出了良好的前景及巨大的应用潜力,可直接作为碳源,经过高温炭化实现杂原子掺杂制备多孔炭材料;离子液体也可充当反应介质和致孔剂,将生物质转化为多孔炭材料;此外,由于离子液体与炭材料相容性较好,可以用于多孔炭材料改性制备炭复合材料。基于离子液体的炭材料在电催化、超级电容器、吸附分离及生物医学等领域具有潜在的应用价值。本文总结了基于离子液体炭材料的制备、改性及应用最新研究进展,并着重介绍了其在能源和环境相关领域的应用。     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

碳纳米管电极超大容量离子电容器交流阻抗特性

采用碳纳米管作为超大容量离子电容器的电极材料,应用交流阻抗频谱法,研究了超大容量离子电容器的频率响应特性.结果表明,用碳纳米管块作电极,超大容量离子电容器在频率250 mHz以下出现“电荷饱和”；而用活性炭块作电极, 超大容量离子电容器在频率为100 mHz时仍未出现“电荷饱和”,这说明碳纳米管电极超大容量离子电容器的频率响应特性优于活性炭电极超大容量离子电容器的频率响应特性.上述两类超大容量离子电容器的阻抗谱中均出现倾角约为45°的直线段,其相位角均远小于理想电容器的相位角90°.     

SINGLE AND BINARY ADSORPTION PERFORMANCE OF SALICYLIC ACID AND 5-SULFOSALICYLIC ACID ONTO HYPERCROSSLINKED POLYMERIC ADSORBENTS

Single and binary adsorption behaviors of salicylic acid and 5-sulfosalicylic acid onto hypercrosslinked polymeric adsorbents, i.e. NDA-101 and NDA-99 were investigated. The Freundlich model can successfully describe all the adsorption isotherms tested, which indicates a favorable and exothermic adsorption process. The adsorption of salicylic acid relies on π-π interaction, while the electrostatic interaction further influences the adsorption of 5-sulfosalicylic acid onto NDA-99. The adsorptive capacity of salicylic acid on NDA-99 decreases but increases on NDA-101 with 5-sulfosalicylic acid as the background component in a binary solute system. The amount of 5-sulfosalicylic acid adsorbed was decreased with the increase in initial concentration of salicylic acid on both adsorbents. The competition for the adsorption sites is considered to be predominant in the solid-to-liquid interaction process. The adsorption selectivity of salicylic acid onto NDA-101 is higher than onto NDA-99 by more than an order of magnitude. Thus, combination technique involving NDA-101 followed by NDA-99 can be effectively applied to separate and recover salicylic acid and 5-sulfosalicylic acid from wastewater.     

单壁碳纳米管用做超级电容器的电极材料

摘要本文研究了采用电弧放电法大规模合成的单壁碳纳米管（SWNT）用作超级电容器电极材料的电化学性能。N₂吸脱附测试表明SWNT既有发达的微孔，又有发达的中孔，其比表面为435 m².g^-1。由于既有双电层电容，又有表面官能团产生的准电容，采用浓硝酸处理后的单壁碳纳米管在水相电解液中的比电容达到105 F/g。基于SWNT的超级电容器也有着良好的充放电可逆性和循环稳定性。     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

链珠状氢氧化亚镍的准电容特性及其在复合型超电容器中的应用(英)

本文采用溶胶凝聚方法制备了超细氢氧化亚镍电极材料并通过在其中掺加适量碳纳米管的方法大大提高了电极的比容量并有效改善了电极材料的阻抗特性。掺有20%碳纳米管的氢氧化亚镍复合电极材料的单电极比容量可达到320 F·g^-1。本文分别采用氢氧化亚镍/碳纳米管复合电极作为正极，活性炭作为负极，6 mol·L^-1 KOH作为电解液制备了复合型电化学电容器。采用上述方法制备的复合型电容器工作电压达到1.6 V，电容器质量比容量达到60 F·g^-1。复合型电容器能量密度达到20.11 Wh·kg^-1，最大功率密度达到8.6 kW·kg^-1,兼具高能量特性和优良的大电流放电特性。     

载氧化钌碳纳米管超级电容器电极

研究了一种采用溶胶-凝胶方法制备超细氧化钌粉末的新方法，该方法制备的氧化钌电极材料在250 ℃热处理后具有570 F•g－1的比电容量并具有典型的多孔特征.通过在碳纳米管表面化学沉积氧化钌的方法制备了不同成分的氧化钌/碳纳米管复合电极,并探讨了其电化学伏安特性和直流充放电特性.该复合电极具有高能量密度特性，同时还具有良好的高功率放电特性.     

ADSORPTION OF 2,4-D ON MODIFIED HYPERCROSSLINKED POLYSTYRENE （NDA-99） AND XAD-4 RESIN

The adsorption behavior of pesticide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in aqueous solution has been investigated using a hypercrosslinked polystyrene adsorbent (NDA-99) modified by dimethylamine group as well as a nonionic macroporous adsorbent (XAD-4). The Langmuir and Freundlich isotherm models were employed to fit the experimental data to describe adsorption mechanism. It shows that NDA-99 resin exhibits an adsorption affinity for 2,4-D higher than XAD-4 resin owing to its exceptional micropore structure and the amine group of the hypercrosslinked matrix.Further studies indicate that the hydrogen bonding interaction and the stronger π-π conjugation play a significant role in the course of the adsorption of 2,4-D on NDA-99 resin, which is in agreement with the IR spectroscopic results and the △E values of HOMO (the highest occupied molecular orbit) of adsorbent and LUMO (the lowest unoccupied molecular orbit) of adsorbate calculated from the MINDO/3 model.