模板法煤沥青基中孔炭的制备及其电化学性能

以煤沥青质为碳源,气相法二氧化硅为模板,制备中孔炭(Mesoporous carbon,MC),通过CO2活化调变其表面结构.用TEM、N2吸附、电化学工作站及Land电池测试系统等对产品炭的微观结构及电化学性能进行研究.结果表明:在活化温度900℃、CO2气流量100mL/min条件下,随着活化时间的增加,炭产品的BET比表面积、微孔孔容均呈增加趋势.在活化时间为150min时,产品炭的BET比表面积可达1 360m2/g,比活化前的比表面积提高了约88%.产品炭作为超级电容器电极材料表现出良好的电化学性能,活化时间为120min的样品,在1000mA/g的电流密度下,材料的质量比电容为135F/g,10000次充放电循环后,比电容值保持率高达93%.     

花生壳基活性炭的制备及其电化学性能研究

以花生壳为碳源,氯化锌为活化剂制备了花生壳基活性炭材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪和电化学工作站分别对材料的结构和电化学性能进行了测试。结果表明,所制得材料具有丰富的孔隙结构。随着活化剂比例的增加,活化程度加深,微孔比例减小,外部孔比例增加,比表面积可达1821m2/g;材料具有良好的储电性能,比电容可达325F/g。     

生物质莲杆废弃物制备高比表面积多孔炭及其CO_2吸附性能（英文）

采用水热炭化和KOH活化相结合的方法,以生物质莲杆废弃物为碳源,制备了高比表面积多孔炭材料,并探索其CO_2吸附性能。分别采用氮气物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和元素分析技术(XPS)对这种莲杆基多孔炭材料的孔道结构、形貌和表面化学等特性进行了研究。结果表明,KOH浓度对莲杆基多孔炭材料的孔结构具有较大影响,莲杆基多孔炭材料的比表面积和孔体积分别为2 893 m~2/g和1.59 cm~3/g,KOH活化处理能在增大多孔炭材料的比表面积和孔体积,同时会在其内部形成部分具有较大尺寸的微孔和较小尺寸的介孔结构。在常压条件下,CO_2的吸附测试表明莲杆基多孔炭材料在25℃和0℃时的吸附量分别高达3.85和6.17 mmol/g,这一吸附量在生物质基多孔炭材料中属于较高水平。然而,具有最高比表面积的莲杆基多孔炭材料(AC-4样品)并不具备最高的CO_2吸附量,这意味着常压条件下限制CO_2吸附量的决定性因素并不是比表面积,而主要由微孔率和孔径分布决定。这一研究结果为设计多孔吸附剂应用于CO_2捕集方面提供了重要意义,也为构建低成本且环境友好的具有高吸附量的CO_2吸附剂提供思路。     

基于纤维素纤维的多孔碳材料的制备及应用

采用选择性表面溶解（SSD）法将纤维素纤维表面部分溶解,固化后形成多孔结构,最后在Ar气氛中炭化制得多孔碳（HPC-SSD）材料,HPC-SSD材料具有大的比表面积和三维多孔结构。通过SEM、BET、FTIR、XRD及电化学测试,系统地研究了针对纤维素纤维的两种活化预处理方法对HPC-SSD材料的形貌、化学组成、比表面积及电化学性能的影响。通过与纤维素纤维直接炭化所得的多孔碳（HPC）材料的相关性能进行比较发现,HPC-SSD材料的成孔过程更加稳定,有利于大量微孔的形成。采用去离子水→丙酮→二甲基乙酰胺对纤维素纤维进行活化预处理,制得的HPC-SSD材料比电容为226 F·g-1（两电极体系）,是HPC材料的4.5倍,比未经过活化预处理的HPC-SSD材料提高了40%。      

多级孔炭电极材料的制备及其性能研究

以聚醚F127、间苯三酚和甲醛为原料,采用KOH活化法制备出具有介孔、微孔的多级孔炭材料,利用BET、XRD、SEM对样品的组成和结构进行了表征.结果表明:随着升温速率的增加和炭化时间的减少,介孔炭材料的比表面积、孔容以及介孔表面积先增大后减小.10℃/min条件下可获得最优性能的介孔炭,其介孔表面积为324.47m2...     

苯胺用量对固相法合成LiFePO_4/C电化学性能的影响

通过聚苯胺包覆法制备LiFePO4/C,研究了苯胺用量对LiFePO4/C电化学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)测试材料结构并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),观察材料形貌及碳层包覆情况。结果表明:该方法制得的LiFePO4结晶度高并且具有规整的球状结构,粒径在50~80nm之间,碳层厚度约为2.5nm。经电化学性能测试发现:在相同合成工艺下,苯胺用量对合成的LiFePO4/C的电化学性能有很大影响.当苯胺加入量为0.5mL时所得LiFePO4/C(6mmol)的电化学性能最佳,0.2C下首次放电比容量可达161.6mAh·g-1,5C下放电比容量可达112.2mAh·g-1,且在5C下循环300次无明显衰减。     

活化剂用量对活性碳纳米管电化学容量的影响

采用KOH为活化剂，通过改变活化剂用量，得到不同活化程度的活性碳纳米管．将这些ACNTs分别作为电极材料应用于电化学超级电容器，经电化学容量性能测试，发现ACNTs的电化学容量随活化剂用量的变化而变化，当mKOH／mcNT要s=3时，达到最大值．同时用TEM和HRTEM对ACNTs进行形貌分析，用氮气自动吸附仪测试了ACNTs的比表面积和等温吸附曲线，发现ACNTs的电化学容量随活化剂用量的变化与其BET比表面积有直接关系，其BET比表面积的大小决定其电化学容量的高低．     

一步模板炭化法制备新型沥青基中孔炭材料

以乙酸镁和柠檬酸镁为模板(MgO)镁源,沥青为碳前驱体,在氮气氛中950℃一步炭化制得高表面积中孔炭材料.采用1 mol/L的HCl去模,并将炭材料洗涤至中性.采用低温N2吸附测得炭材料的比表面积和孔径分布,透射电镜观察炭材料的内部结构特征.结果表明:尽管未经活化,所得炭材料中的孔大多为中孔,BET比表而积达到1295 m2/g,当以柠檬酸镁为MgO前驱体时,所得炭材料的收率可高达50%.     

中空氮掺杂沥青基活性炭纤维的结构调控与电化学性能

以聚乙烯亚胺(PEI)为氮源与乙烯焦油沥青进行复合制备了可纺沥青,通过熔融纺丝、预氧化、炭化和活化制得了具备中空结构的富氮沥青基活性炭纤维(ACF)。利用N2吸附与脱附等温线、XPS、SEM、Mapping等分析技术对所制得的ACF的表面形貌、孔隙结构及表面化学性质进行了表征,并测试了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果表明,PEI在纺丝沥青中的掺入可明显提升ACF的比表面积,改善其孔径分布,增加其表面含氮官能团,从而改善材料表面润湿性,同时PEI在炭化过程中的热分解促使了纤维中空结构的形成,所制得ACF具有中空结构,提高了材料的有效比表面积,进而显著提高其比电容。PEI的掺入量为20%时,合成的可纺沥青所制备的ACF的比表面积高达2 756 m~2/g,孔径主要分布在0. 7～2 nm,其比电容在电流密度为0. 5 A/g时可达314 F/g,远高于未进行氮掺杂的ACF的比电容(194 F/g),显示出较好的电化学性能。     

硼掺杂中孔炭的制备及其电化学性能

以含硼酚醛树脂为碳前驱体,通过溶剂挥发诱导自组装制备了含硼中孔炭.利用低温氮气吸脱附、小角X射线散射、透射电镜等分析手段对中孔炭样品进行了结构表征,并采用三电极体系对中孔炭样品进行了电化学性能测试.讨论了硼掺杂量对中孔炭的孔结构及电化学性能的影响.结果表明:随硼含量增加,中孔炭孔径缩小且有序度降低.硼质量分数为0.3%时,中孔炭在电流密度为75mA·g-1下的单位面积比电容达到0.51 F·m-2,是未掺杂样品的1.9倍,并且仍能够保持有序的孔道结构.     

Mesoporous carbon nanosheets derived from tubular halloysite and furfuryl alcohol with different concentrations

Mesoporous carbon nanosheets with high surface areas and large total pore volumes were prepared using tubular halloysite as inorganic matrix and furfuryl alcohol (FA) as carbon precursor by a template-like method. Field emission scanning electron microscope, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and nitrogen adsorption analysis were employed to characterize the morphologies and pore structures of the samples. It is found that tunable mesoporous carbons can be obtained by adjusting FA volume concentration. Lowering FA concentration leads to an increase in the BET specific surface area and narrowing of the mesopore size distribution.     

Ordered Mesoporous Carbons

Ordered mesoporous carbons have recently been synthesized using ordered mesoporous silica templates. The synthesis procedure involves infiltration of the pores of the template with appropriate carbon precursor, its carbonization, and subsequent template removal. The template needs to exhibit three‐dimensional pore structure in order to be suitable for the ordered mesoporous carbon synthesis, otherwise disordered microporous carbon is formed. MCM‐48, SBA‐1, and SBA‐15 silicas were successfully used to synthesize carbons with cubic or hexagonal frameworks, narrow mesopore size distributions, high nitrogen Brunauer–Emmett–Teller (BET) specific surface areas (up to 1800 m² g^–1), and large pore volumes. Ordered mesoporous carbons are promising in many applications, including adsorption of large molecules, chromatography, and manufacturing of electrochemical double‐layer capacitors.     

Mesoporous carbon spheres with uniformly penetrating channels and their use as a supercapacitor electrode material

An optimized nanostructure design for electrode materials of supercapacitors was realized by introducing furfuryl alcohol into as-prepared surfactant-containing spherical host and generating a robust mesoporous structure. The structural characterization shows that the carbon spheres inherit the regular mesopore structure and high surface area of the template and possess a uniform particle size containing well-ordered channels throughout the spheres. By adjusting the initial molar ratio of H₂O to tetraethyl orthosilicate (TEOS), the pore volumes of the templated carbons vary from 0.4 to 0.6 cm³·g^-1 and surface areas are in the range of 610 and 944 m²·g^-1. Furthermore, NiO nanoparticles were incorporated into the carbon spheres by air oxidation of the Ni-containing samples. The use of these spheres in electrode materials for electric double layer capacitors was investigated. The electrochemical measurements show that the specific capacitance of the ordered mesoporous carbon spheres (OMCs-2) can increase by 40% to 205.3 F·g^-1 by the addition of 3 wt% NiO.     

双模板结构导向剂制备有序介孔炭

以间苯二酚/甲醛制备的酚醛树脂为碳前躯体,三嵌段共聚物F127和P123作为主辅结构导向剂,采用有机-有机自组装的方法制备有序介孔炭(Ordered mesoporous carbons,简称OMCs)。采用X射线衍射仪、透射电镜和N2吸/脱附手段对所制OMCs进行表征,研究了反应时间以及主辅模板剂的比例对介孔孔道结构的影响。结果表明,随着反应时间从24h延长至72 h,介孔炭有序性先增后减;当主辅模板剂F127/P123摩尔比为0.002 7∶0.002 7时,所得介孔炭有序性较好,为P6mm型孔道结构,介孔孔容和比表面积分别为0.59 cm3/g和640.34 m2/g,平均孔径为3.68 nm.     

结构有序、双重孔隙中孔炭材料的合成与表征

采用纳米涂层技术,以介孔分子筛SBA 15为模板,在其纳米孔道内引入糠醇/草酸溶液,经原位聚合,炭化后制得炭/SBA 15复合物。采用化学法脱除模板后制得具有规则结构的中孔炭。高分辨TEM表征结果显示该中孔炭是由纳米炭管相互联接、堆积而成,且具有六方对称结构。氮吸附结果显示其比表面积高达2000m2/g,孔径呈双峰分布。孔径相对较大的孔隙来源于SBA 15孔道经纳米涂层后所保留的孔隙;孔径相对较小的孔隙来源于SiO2移除后遗留的纳米孔空间。该方法可应用于以其他多孔氧化硅为模板制备新型纳米复合物的研究过程。     

Pore structure control of mesoporous carbon as supercapacitor material

The pore structure and electrochemical performances of mesoporous carbons prepared by silica sol template method as electrode material for supercapacitor were investigated in this work. The pore size distribution of the mesoporous carbons changes from unimodal to bimodal and the mean pore size increases with the increase of silica sol/glucose ratio. The specific capacitance of the mesoporous carbons also increases with the increase of silica sol/glucose ratio. A novel technique named as template–chemical activation method, combining both template and chemical activation methods, is proposed, which can effectively control the pore structure, improving the electrochemical properties of the mesoporous carbon with improved porosity especially microporosity.     

原料粒度对石油焦基活性炭性能的影响

以不同粒度范围的石油焦为原料,KOH为活化剂,采用化学活化工艺制备了超级电容器用活性炭电极材料.采用N2吸附法表征了活性炭材料的BET比表面积及孔结构;在1mol/L的Et4NBF4/AN有机电解液体系下组装成模拟电容器,并考察了活性炭材料的电化学性能.结果表明:随着原料粒度的减小,活性炭的振实密度和收率先增大,然后再减小.原料粒度范围越窄,活性炭具有越小的BET比表面积和孔容.在1mol/L的Et4NBF4/AN电解液体系下,随着石油焦粒度的不断减小,活性炭材料的质量比容量不断增大,在粒度<38μm时取得最大值140F/g.粒度为38～44μm的石油焦制备出的活性炭在1A/g电流下质量比容量为126.6F/g,在20A/g电流下质量比容量为116.2F/g,容量衰减只有8.2%,表现出良好的功率特性.     

基于“蛋盒”结构海藻基超级活性炭的制备及电化学性能

与陆生植物不同,海藻中含有海藻酸和海藻酸盐,其中海藻酸盐主要以海藻酸钙、海藻酸镁等形式存在于细胞壁中。以马尾藻、浒苔、龙须菜、裙带菜、海带和石莼6种海藻为原料,对海藻炭化后得到的碳产物进行盐酸酸洗,除去海藻酸盐中的钙、镁等离子,形成“蛋盒”式初始孔结构,然后采用KOH活化法制备海藻基超级活性炭,研究酸洗预处理对海藻基活性炭孔结构特性以及电化学性能的影响。结果表明:对海藻炭化产物酸洗预处理,不仅明显增大了海藻基活性炭的比表面积,还大幅度提高了活性炭中介孔的含量。海藻基活性炭的电化学性能得到明显改善。     

利用线性酚醛树脂制备有序介孔碳

三嵌段共聚物F127为模板剂,线性酚醛树脂为碳前驱体,采用溶剂挥发诱导有机-有机自组装法(EI-SA)制备了具有二维六方结构的有序介孔碳。利用FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等方法对有序介孔碳的结构进行了表征,研究了不同焙烧温度和模板剂用量对有序介孔碳结构的影响。结果表明,当模板剂的用量一定时,有序介孔碳的孔径、孔容和孔壁厚度都随着焙烧温度的升高而降低,但比表面积却随着微孔含量的增加而增大。随着模板剂用量的增加,介孔碳的有序性降低。有序介孔碳PF-2-500的比表面积、孔径、孔容、孔壁厚度和微孔比表面积比分别为583.82m2/g、3.05nm、0.31cm3/g、3.40nm和361.18m2/g,而有序介孔碳PF-1-500的比表面积、孔径和孔容相对于PF-2-500有所提高,分别为647.79m2/g、3.44nm和0.41cm3/g,但微孔比表面积和孔壁厚度分别降低为309.46m2/g和3.35nm。     

Highly basic CaO nanoparticles in mesoporous carbon materials and their excellent catalytic activity

Highly basic CaO nanoparticles immobilized mesoporous carbon materials (CaO-CMK-3) with different pore diameters have been successfully prepared by using wet-impregnation method. The prepared materials were subjected to extensive characterization studies using sophisticated techniques such as XRD, nitrogen adsorption, HRSEM-EDX, HRTEM and temperature programmed desorption of CO2 (TPD of CO2). The physico-chemical characterization results revealed that these materials possess highly dispersed CaO nanoparticles, excellent nanopores with well-ordered structure, high specific surface area, large specific pore volume, pore diameter and very high basicity. We have also demonstrated that the basicity of the CaO-CMK-3 samples can be controlled by simply varying the amount of CaO loading and pore diameter of the carbon support. The basic catalytic performance of the samples was investigated in the base-catalyzed transesterification of ethylacetoacetate by aryl, aliphatic and cyclic primary alcohols. CMK-3 catalyst with higher CaO loading and larger pore diameter was found to be highly active with higher conversion within a very short reaction time. The activity of 30% CaO-CMK3-150 catalyst for transesterification of ethylacetoacetate using different alcohols increases in the following order: octanol > butanol > cyclohexanol > benzyl alcohol > furfuryl alcohol.