块状无裂纹介孔碳的合成和表征

以P123、F127作为模板剂,间苯二酚-甲醛为碳前驱体,利用水热合成技术制备了蠕虫状结构的块状无裂纹介孔碳。采用TG、FT-IR、TEM、N2吸附-脱附和元素分析等方法对介孔碳材料的结构进行了表征,分别研究了模板剂用量、模板剂种类对介孔碳结构的影响。结果表明:以F127和P123为模板剂制备的介孔碳均为蠕虫状结构。模板剂用量增加,介孔碳比表面积、孔径和孔容有所变大,但微孔的比表面积有所下降。模板剂种类不同,比表面积、微孔比表面积、孔容相差不大,但孔径相差较大。     

机械球磨制备碳微球及其吸附性能研究

分别以球墨铸铁和石墨为原料,采用机械球磨法成功制备了碳微球.采用XRD、SEM等测试手段对产物进行了形貌分析和结构表征,结果表明,所制备的碳微球产量高,并且以石墨为原料所得产物的颗粒大小均匀、分散性好.对碳微球进行了低温N_2吸附分析,结果表明,产物主要为介孔结构含有少量微孔,且具有较大的比表面积.     

生物质基碳气凝胶制备及应用研究

生物质材料成本低廉、碳源丰富,是碳气凝胶制备中最经济、环保和可持续性的原料。生物质基碳气凝胶展现出密度低、弹性高、比表面积大和导电性好等优异特性,有望广泛应用于电化学储能器件和吸附净化等领域。综述了生物质基碳气凝胶,如纤维素碳气凝胶、木质素基碳气凝胶、生物质衍生物基碳气凝胶以及碳气凝胶复合结构材料的制备工艺,总结了生物质基碳气凝胶在吸附和电化学等领域的应用研究。最后,分析了大规模制备结构均一和性能优良的生物质基碳气凝胶面临的机遇与挑战。     

高磷赤铁矿含碳球团的生球强度

为了改善高磷赤铁矿含碳球团的生球强度,采用吸附仪研究高磷赤铁矿粉的比表面积及孔结构,通过分析比表面积、孔容及孔半径探讨生球强度与配碳量之间的关系,并借助微观技术手段观察生球的显微形貌,分析生球强度小的原因。结果表明:高磷赤铁矿粉的吸附等温线为B类吸附回线,孔结构为狭缝状毛细孔;高磷赤铁矿含碳球团的生球强度随着配碳量的增加先增大后减小;高磷赤铁矿生球内部生成很多分布不均匀的孔洞,且有裂纹存在,导致结构很疏松,造成生球强度减小。     

磁性树脂基磁性碳球的制备与表征

以磁性PS-DCDA树脂为前驱体,通过KOH活化法以不同KOH、磁性碳球质量比制备了磁性树脂基的磁性碳球,然后用其对水溶液中的Hg2+进行吸附,根据吸附量优化活化比,最后用SEM、FTIR、XRD、VSM和BET对吸附效果最好的磁性碳球样品进行了表征。结果表明,用KOH对磁性碳球进行活化,当KOH、磁性碳球的质量比为1∶1时,制得的磁性碳球对Hg2+的吸附效果最好。碳化后碳球样品表面存在大量的孔洞,比表面积达到了254m2/g,磁饱和强度达到1.82emu/g,在外加磁场下磁性碳球能快速地和液相分离。     

介孔碳材料的制备及对胆红素的优越吸附特性

以MCM-48为模板,利用模板碳化法制备了有序介孔碳材料.运用小角X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-vis)等测试方法对介孔碳材料的孔结构参数及对胆红素的吸附特性进行了表征.研究结果表明,介孔碳材料结构高度有序,为立方相Ia3d型,具有高比表面积(1438m2 g-1)、大的孔容(0.98c...     

分级结构沸石/泡沫炭整体复合材料的制备

用T型沸石/聚酰胺酸悬浊液浸渍聚氨酯泡沫,然后在900℃下热处理制备原位担载的T型沸石/泡沫炭复合材料。用SEM,XRD和物理吸附仪等设备对所得样品进行表征。结果表明:所得复合材料为分级结构整体块状材料,泡沫炭基体的大孔平均尺寸约为500μm;泡沫炭孔壁表面均匀镶嵌了大量沸石分子筛。所得复合材料的微孔孔径分布集中于0.45nm左右,比表面积达到328m2/g。复合材料中沸石分子筛自身的结构特性和化学组成保持不变。     

微米空心碳球串珠结构的制备与形成机理

以还原Fe粉和活性炭为原料, 通过热CVD法制备出微米级的空心碳球串珠结构. 利用TEM、EDS和多点氮吸附仪进行形貌、成分、比表面积及孔径分布表征. 串珠结构由f(1~2)μm的空心碳球串联而成, 长度可达十几微米. 碳球的壁厚为3~5nm的石墨球壳结构. 所制备产物的比表面积 S _BET 达到306.523m²/g, 其孔径分布在中孔范围, 峰值位于3.761nm. 微米级空心碳球串珠结构的形成机理为含C的Fe微液滴在低温区凝聚并以石墨烯片层的方式析出C, 外延于Fe液滴形成石墨层, 与Fe液滴构成Fe/石墨层核壳结构, 石墨球壳的收缩趋势挤压Fe液滴沿轴向移动. 循环往复上述即形成空心串珠结构. 该结构在节能材料、药物、染料和催化剂等的载体材料、储氢、储能等方面可能具有良好的应用前景.     

胶体碳微球的活化及其亚甲基蓝液相吸附性能的研究

以葡萄糖为前驱体,采用液相碳化法,制备颗粒约为100～200nm胶体碳微球.采用KOH作活化剂对胶体碳微球进行活化处理.考察了碱炭比、活化温度和保温时间等工艺因素对孔径和比表面积的影响.通过XRD、SEM等分析手段对胶体碳微球活化前后的表面形貌、孔径分布、显微结构进行分析.经热处理和活化后,胶体碳微球的BET比表面积从26.6m2/g增加到1383.4m2/g.相同实验条件下,在亚甲基蓝液相吸附试验中,经活化处理后的样品所表现出的吸附量是商业活性炭Calgon-F300的两倍.     

KOH活化碳气凝胶对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

以间苯二酚和甲醛为原料水热制备有机气凝胶,在碳化过程中使用KOH作活化剂制备出孔结构丰富的碳气凝胶。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及N2吸脱附法等手段对材料的结构及形貌表征,考察了活化剂用量、染料初始浓度、接触时间等因素对亚甲基蓝在碳气凝胶上吸附的影响,并进行了吸附类型和吸附动力学研究。结果表明:活化剂的加入使碳气凝胶材料的孔结构更加丰富,当活化剂与有机气凝胶的质量比达到2∶1时,其吸附性能最佳。碳气凝胶去除亚甲基蓝的吸附行为符合二级动力学模型。吸附类型为Langmuir吸附模型。     

不同生物质来源的多孔碳复合碳电极在钙钛矿太阳能电池中的应用

通过将生物质在惰性气体保护下高温热解/活化制备多孔碳材料,具有成本低,工艺简单等优点,并且是一种废物利用,减少环境污染的有效途径。将三种不同生物质通过高温热解/活化制备了多孔碳材料,将其与市售导电碳浆复合制成碳浆料后应用于钙钛矿太阳能电池(PSCs)背电极,研究了不同生物质多孔碳材料的形貌、结构和比表面积等对器件光电性能的影响。结果表明,基于不同生物质多孔碳材料的PSCs的光电性能取决于生物质多孔碳材料的形貌、结晶度、比表面积和形态以及钙钛矿/碳电极的界面接触。基于生物质多孔碳的复合碳电极结合研磨工艺制备的碳基PSCs,由于具有良好的界面性能获得最高10.18%的光电转换效率(PCE)(未复合生物质碳的PSCs的PCE为6.39%),室温下保存60天后,仍保留了初始PCE的96%。     

光催化降解甲醛功能泡沫炭的制备与表征

以聚氨酯为骨架,在泡沫成型过程中加入颗粒活性炭,经炭化得到孔结构发达的聚氨酯泡沫炭,以其为基底采用浸渍法制备出TiO_2负载的具有光催化性能的复合材料。采用SEM观测不同活性炭量泡沫炭的表面形貌;采用BET吸附-脱附等温曲线考察制备不同的泡沫炭及复合材料的孔径结构;XRD分析不同产物的晶型结构;TG分析碳骨架热分解过程。以气相甲醛为模型物,评价泡沫炭/TiO_2复合材料在紫外灯光下对甲醛气体的光催化降解性能。结果表明,聚氨酯泡沫炭/TiO_2复合材料具有良好的催化降解甲醛功能,是吸附与降解协同作用的结果;当活性炭含量为35%,TiO_2的负载量为2%时,对甲醛吸附降解能力最好,达到85.3%。     

以一种新碳前驱体制备有序介孔碳及其表征

分别采用两亲性三嵌段共聚物F127、P123以及F127/P123复合物为模板剂,线性酚醛树脂/六亚甲基四胺固化物为碳源,利用有机-有机自组装法制备了具有二维六方结构和蠕虫状结构的介孔碳材料。采用FT-IR、XRD、TEM、低温N2吸附/脱附、TG和元素分析等方法表征了介孔碳的结构,研究了不同的模板剂对介孔碳结构的影响。结果表明,以F127为模板剂制备的介孔碳具有规则的二维六方结构,其比表面积、微孔表面积、孔容、孔径和孔壁厚度分别为670m2/g、368m2/g、0.40cm3/g、3.2nm和4.5nm。以P123为模板剂制备的介孔碳具有蠕虫状结构,其比表面积、微孔表面积、孔容和孔径分别为506m2/g、251m2/g、0.27cm3/g和3.0nm。以F127/P123复合物为模板剂制备的介孔碳的孔径相对于单一模板剂有所提高,其比表面积、微孔表面积、孔容和孔壁厚度均随着复合模板剂中F127质量分数的降低而降低。     

生物质衍生碳/MnO2复合材料在超级电容器中的应用进展

超级电容器具有充放电速度快、能量密度高、循环稳定性好等优点，而电极材料决定超级电容器的电化学性能。可再生生物质经过高温炭化可制备不同微观结构的碳材料，然而，这些碳材料存在比容量低的缺点；MnO₂具有高理论比电容，缺点是循环稳定差。生物质衍生碳与MnO₂复合可以实现两者优势互补。首先介绍了生物质衍生碳/MnO₂复合材料的制备方法，包括化学法、水热法和电沉积法。然后，按照不同生物质衍生碳的微观结构进行分类，综述了多孔碳/MnO₂、碳球/MnO₂、碳纤维管/MnO₂、碳纳米片/MnO₂和三维碳/MnO₂复合材料的制备及在超级电容器中的应用性能。最后，总结了综合性能最优的生物质衍生碳/MnO₂复合材料，并针对该领域存在的问题提出了其未来发展方向。     

有序介孔碳材料的制备及应用

有序介孔碳材料因具有较高的比表面积、均匀的孔径分布、有序的孔道结构排列等特性,成为催化、吸附、分离和电化学等领域的研究及应用热点。这里主要介绍了有序介孔碳的两种主要制备方法硬模板法和软模板法,以及其在催化、吸附及电化学等领域中的应用。     

氯金酸辅助制备核壳结构多孔碳球及其电化学性能

为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率，通过水热法设计制备了以碳球为外壳，金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au)。之后通过KOH活化，制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m²/g。结果表明：在0.5A/g的电流密度下，PCS-Au表现出225F/g的比容量，相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了28.5%。使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液，组装成纽扣式对称型超级电容器后，PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg。并且在1A/g电流密度下，经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76%,性能无衰减，展现出很好的循环稳定性。精心设计的核壳结构与较大的比表面积，优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液，导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料。     

介孔材料CO2吸附性能的研究进展

介孔材料以其适中的孔径、大的比表面积、较高的热稳定性和水热稳定性,在吸附、催化、分离等方面有着广阔的应用前景。综述了近年来介孔材料在CO2吸附领域的研究进展,重点介绍了介孔材料及改性介孔材料吸收CO2的方法;并指出以新材料特别是介孔材料为主体进行碳捕集是今后的主要研究方向。     

多孔C/Fe纳米复合材料的制备及表征

以商业活性炭为原料,采用真空浸渍法结合高温真空热处理工艺,制备出多孔C/Fe纳米复合材料.实验采用氮气吸附法测量了C/Fe纳米复合材料的比表面积和孔径分布,并利用XRD和TEM表征了其结构和形貌.实验结果显示:C/Fe纳米复合材料的比表面积为450～650m2/g,并保留了活性炭介孔尺度的多孔结构特性.C/Fe纳米复合材料由非晶碳、碳纳米带以及铁纳米粒子构成,纳米铁颗粒均匀分布在非晶碳基体中,石墨化的碳纳米带包裹纳米铁颗粒并向外伸展相互连接,形成碳纳米网络结构.并就反应过程以及过渡金属对非晶碳石墨化的催化机理进行了探讨.     

一步法合成具有二级孔道的有序介孔碳材料及其超电容性能研究

以酚醛树脂低聚物为碳前驱体,三嵌段共聚物F127为模板剂,在此过程中加入正硅酸乙酯为硅源,900℃下炭化得到具有介孔结构的碳-SiO2复合物,除SiO2后得到具有二级孔道结构的介孔碳材料.对样品进行透射电子显微镜、N2吸附-脱附表征,并利用循环伏安以及恒电流充放电研究了样品的超电容性能.结果表明,样品具有二级孔道结构,BET比表面积为1657.6m2·g-1,比电容值161.3F·g-1.相比于单一孔道的介孔碳材料,二级孔道结构的介孔碳的循环伏安曲线更接近于矩形,比电容值有了很大提高,随着放电电流的增大其比电容值衰减率更小.     

梯级孔生物质活性炭的制备及其电容特性研究

以柚子皮为原料,采用预先炭化-KOH活化工艺制备生物质活性炭,并将其用作超级电容器电极材料。采用低温氮气吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等方法表征生物质活性炭的孔结构、表面形貌等微观结构和表面化学性质,利用恒流充放电、循环伏安、漏电流等手段探究生物质活性炭用作电极材料的电化学特性。研究表明:柚子皮经预先炭化-KOH活化处理可以制备出比表面积为1 347~2 269m~2/g,总孔容达0.642~1.283cm~3/g,中孔比例为23.83%~48.90%的高品质生物质活性炭。该生物质活性炭具有发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构,且表面富含羰基、酚羟基及羧基等含氧官能团,是一种比较理想的超级电容器电极材料。生物质活性炭电极材料在KOH电解液中具有优异的电容特性,在50mA/g电流密度下的比电容最高可达243F/g,5 000mA/g电流密度下的比电容仍可保持为175F/g,且具有优异的循环稳定性,循环1 000次后比电容保持率高达93.34%,漏电流仅为0.006 3mA。生物质活性炭优异的电化学特性与其发达的比表面积、"大孔-中孔-微孔"三维贯通梯级孔结构、合理的孔径分布及独特的富氧表面化学性质密切相关。