中间相沥青的调制对纳米级微孔超高表面积活性炭性能的影响

以中间相沥青为原料，采用KOH活化制取了超高表面积活性炭，其比表面积高达3464m^2/g，总孔容积高达2．14m^3/g，碘吸附值为3094mg／g，苯吸附值为1610mg／g．所制活性炭富含发达的微孔，其孔径主要集中在1～4nm范围内，具有优异的吸附性能．研究了中间相沥青调制对纳米级微孔超高表面积活性炭性能的影响，结果表明，制备中间相沥青所用原料的净化处理是制备超高表面积活性炭的关键，以1～2℃／min升至400℃并保温2～3h所得中间相沥青制取的活性炭具有极高的吸附性能，中间相沥青炭物料的碳质微晶结构对超高表面积活性炭制取起着决定性作用。     

聚丙烯腈基中孔碳的无机模板法制备和结构

采用模板法可制备孔径分布窄、中孔率和比表面积高的中孔碳。本文采用纳米氧化硅静电吸附十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)及乳液聚合制备不同纳米氧化硅含量的聚丙烯腈/纳米氧化硅复合粒子,进一步通过高温碳化和氢氟酸刻蚀得到高纯度的中孔碳。发现当纳米氧化硅添加量不超过单体质量的50%时,纳米氧化硅主要以被聚合物包覆的形式存在,所制备的中孔碳的比表面积均大于800m2/g,孔径在5～10nm之间;随着纳米氧化硅/单体质量比从30%增加到60%,所制得的中孔碳的总孔容从1.111cm3/g增加至1.949cm3/g,中孔率从66.0%增至82.4%。结合中孔碳的形貌分析,认为纳米氧化硅的模板作用是形成中孔的主要因素。     

中间相沥青基活性泡沫炭的制备及其电化学性能研究

以中间相沥青为前驱体,经自挥发发泡法、KOH活化法制备的中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料。采用扫描电镜、X射线衍射和低温(77K)N2吸附法对中间相沥青基活性泡沫炭的表面形貌和微观结构进行表征。中间相沥青基活性泡沫炭的比表面积为2700m2/g,总孔孔容为1.487cm3/g。通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试,考察了中间相沥青基活性泡沫炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。在电流密度为0.02A/g时,中间相沥青基活性泡沫炭的比容量为240.48F/g,能量密度为33.4Wh/kg;在电流密度为5A/g时,比容量为166.68F/g,具有良好的电化学特性。     

用作气相催化反应体系CNF/泡沫炭催化剂载体的合成

以中间相沥青为碳质前躯体,采用自发泡法制得泡沫炭.为了提高比表面积,泡沫炭经质量分数65％的HNO3氧化后,采用化学气相沉积法在其表面生长一层纳米炭纤维(CNFs).泡沫炭表面生长一层CNFs后,其比表面积和导热系数分别由40m2/g、107W/mK相应提高到198 m2/g、125W/mK.这种结构的CNFs/泡沫炭复合材料可以用作气相催化反应体系的催化剂载体.     

碳化硅衍生碳/中间相沥青炭复合材料的制备及表征

通过聚碳硅烷和中间相沥青在320℃共混及不同温度热解、炭化、石墨化处理得到碳化硅/中间相沥青炭前驱体,然后采用Cl_2在1 000℃对前驱体进行刻蚀,成功制备碳化硅衍生碳/中间相沥青炭复合材料。采用偏光显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对产物的微观形貌和结构进行了表征,利用物理吸附仪分析其比表面积和孔结构特征。结果表明,随着热处理温度的升高,聚碳硅烷热解形成的SiC的晶体尺寸变大,同时沥青炭的石墨化程度也变高;刻蚀后碳化硅衍生碳的结构以无定形碳为主,有明显的石墨化碳层分散其中,样品的比表面积随热处理温度升高而减小,微孔孔径增大。     

无黏结剂柔性Si/CNT/纤维素复合阳极及其电化学性能

硅/碳复合材料作为最具潜力的下一代阳极材料,受到广泛关注。为减少硅巨大膨胀所产生的应力,避免硅纳米颗粒的粉化,提高硅基锂离子电池的电化学性能,制备了一种多微孔结构的多壁碳纳米管(MWCNTs)纸,嵌入纳米硅制得Si/MWCNTs/纤维素复合柔性锂离子电池阳极。FESEM显示,纳米硅均匀地嵌入在MWCNTs构建的三维导电网络中,纳米硅和导电载体具有良好的接触,使得界面电阻大幅下降,同时纳米硅在电池充放电过程中具有足够的膨胀空间,保证了材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学检测显示,其首次放电比容量达到2024 mAh/g,循环30次后比容量维持在850 mAh/g,展示出良好的循环稳定性和较高的比容量。同时,其制作工艺相比传统涂敷类阳极得以简化,可操作性高,易于实现产业化。     

碳/碳复合材料基体用中间相沥青

中间相沥青具有高残碳率、高密度、低的密度变化及易石墨化等优点 ,是较理想的碳 /碳 (C/C)复合材料基体前驱体。本文从 C/ C复合材料制备工艺的角度 ,阐述了制备 C/ C复合材料用的中间相沥青的主要特性 ,其中包括中间相沥青的流动性、在碳化过程中的稳定化、微观结构以及中间相沥青基 C/ C复合材料的界面结构。     

中间相沥青基碳电极材料的制备工艺优化与性能

以煤焦油沥青为原料,采用"中间相调制-化学活化"工艺制备了超级电容器用活性碳电极材料,考察了中间相调制温度对活性碳晶体结构、孔径分布、电容量特性的影响,并分析了中间相沥青的调制过程及不同实验条件对活性碳晶体结构、孔径分布、电容量特性的影响。结果表明,中间相沥青调制温度主要集中在190～492.5℃,随中间相调制温度升高,活性碳电极材料的振实密度明显增大,在500℃条件下制备的活性碳材料具有最高的比电容量,达到103F/g,较高的调制温度能提升活性碳中碳的边缘层含量,从而提高材料的面积比电容量。     

超临界发泡制备泡沫炭及其泡孔形成机理

分别以中间相沥青和甲苯作碳质前驱体和发泡剂,采用超临界发泡技术制备出孔径为10~25μm的泡沫炭,并着重研究了超临界发泡条件对泡沫炭的孔形及韧带结构的影响。超临界发泡包括成核、扩散、聚集及膨胀过程,同时泡孔的形成也是热力学、动力学及力学行为综合作用的结果。由于中间相沥青中存在轻组分,超临界发泡过程伴随着自发泡过程,由此可获得层次孔结构的泡沫炭。     

超级电容器碳电极材料制备工艺优化与性能

以碳化后的中间相沥青为前驱体、KOH为活化剂制备了超级电容器用活性炭电极材料,考察了KOH活化温度和碱碳比对所制备的超级电容器用活性炭电极材料的孔隙结构和电化学行为的影响,分析了不同工艺条件下所制备的活性炭电极材料的孔结构和电化学性能的影响因素。结果表明,于800℃活化温度和4∶1碱碳比条件下制备的活性炭电极在1mol/L(C2H5)4NBF4/PC时的最大比电容量可达103.2F/g,活性炭孔结构和比电容量的变化依赖于具体的处理工艺,中孔的含量对活性炭电极的比电容量会产生重要影响。     

以纳米SO_2粒子为模板由不同炭前躯体制备中孔炭(英文)

以纳米SO2粒子为模板,酚醛树脂、中间相沥青和聚丙烯腈为炭前躯体制备中孔炭。利用氮气吸附、元素分析和X-射线光电子能谱等分析了不同种类炭前躯体对中孔炭的影响。结果表明:在炭化温度和纳米粒子添加量相同的情况下,不同炭前躯体所制中孔炭的孔结构和表面化学性质不同。中间相沥青基中孔炭中微孔和中孔含量最少,酚醛基中孔炭中含有丰富的微孔和中孔,聚丙烯腈基中孔炭中含有大量的含氮官能团。     

Tuning the pore size and structure of mesoporous carbons synthesized using an evaporation-induced self-assembly method

Mesoporous carbons (MCs) have been prepared by the carbonization of reverse triblock copolymer-phloroglucinol/formaldehyde resin composites, which were themselves formed by hydrogen-bonding interaction through the evaporation-induced self-assembly method. The microstructure of MCs was analyzed by nitrogen adsorption isotherms and transmission electron microscope. The results showed that the pore size could be readily tailored from 4.7 to 17.8 nm by simply varying the weight ratios of formaldehyde and surfactants while the amounts of the other reactants were kept constant. The highest surface area and pore volume of MCs are 410 m²/g and 0.77 cm³/g, respectively. Moreover, the pore structure also can be controlled as ink-bottle or cylinder type.     

沥青基中孔炭的制备及其吸附性能

以煤焦油沥青为碳源,液相原位合成的MgCO3纳米颗粒为模板,一步法制备了中孔炭材料。利用氮气吸附-脱附实验,X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征,并且研究了其对甲苯和维生素B12(VB12)的吸附性能。结果表明:制备的中孔炭材料孔径集中分布在2-10nm,且比表面积、孔容和中孔率最大分别达到530m2.g-1、0.92cm3.g-1和99%,中孔炭(PBMC-1.5)对甲苯分子和VB12分子的饱和吸附量分别达到801和275mg.g-1。     

Influence of heat-treatment on lithium ion anode properties of mesoporous carbons with nanosheet-like walls

Mesoporous carbons (MCs) with nanosheet-like walls have been prepared as electrodes for lithium-ion batteries by a simple one-step infiltrating method under the action of capillary flow. The influence of heat treatment temperature on the surface topography, pore/phase structure and anode performances of as-prepared materials has been investigated. The results reveal that melted liquid-crystal polycyclic aromatic hydrocarbons could be anchored on liquid/silica interfaces by molecule engineering. After carbonization, the nanosheets are formed as the pore walls of MCs and are perpendicular to the long axis of pores. The anode properties demonstrate that C-1200 displays higher reversible capacitance than those treated in higher temperature. The rate performances of C-1200 and C-1800 are similar and more excellent than that of C-2400. These improved lithium ion anode properties could be attributed to the nanosheet-like walls of MCs which can be influenced by the heat treatment temperature.     

同步氢化/热缩聚法制备中间相沥青的工艺研究

系统地研究了在氢化剂量固定情况下,反应温度与时间对同步氢化/热缩聚法所制得的中间相沥青(MP)性质的影响,并制得了可纺MP。研究表明反应时间同为4h时,MP的软化点和不溶分含量随反应温度的提高而升高;偏光结果显示,低温产物为中间相小球和各向同性基质的混合物,高温产物为连续中间相。反应温度同为410℃时,MP软化点和不溶分含量均随反应时间的延长而显著提高,经历了从中间相小球到小球发生融并,最后形成了马赛克织构的中间相。纺丝性能测试表明,反应温度为410或420℃,反应4h制得的中间相沥青,可以熔融纺丝,经氧化和碳化后制得两组碳纤维。     

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭.考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能.结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1.以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1.循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状.     

中孔炭的水玻璃模板法制备、结构调控及球形功能化

以廉价水玻璃为原料, 通过控制水解条件, 合成出具有不同尺寸的SiO₂溶胶, 并与间苯二酚-甲醛(RF)溶胶形成均相的凝胶复合物, 经常压干燥、炭化、酸洗, 得到具有可控结构的中孔炭材料。考察了水解温度、水解时间和反应物组成对孔结构的影响, 并通过氮气吸附、扫描电镜和透射电镜对材料的微观结构进行了表征。结果表明: 中孔炭的孔隙反相复制于SiO₂凝胶网络, 其平均孔径随水解时间的延长或水解温度的升高而增大, 并在6~12 nm范围内精细调控, 而其总孔隙率可以通过改变炭、SiO₂前驱体比例调节。对液相复合溶胶通过悬浮聚合法和喷雾干燥法处理, 分别制备出毫米级和微米级的中孔炭球, 进而实现了中孔炭在宏观形貌上的调控。本工作为中孔炭的低成本制备、精细结构调控以及球形功能化提供了重要参考。     

A structural study on the stabilization and enhancement of mesophase pitch fibre

The components of coal tar-derived mesophase pitch fibre and its blend with polyvinyl chloride (PVC) pitch were studied for chemical changes after the stabilization. Microanalyses, solubility and solid ¹³C NMR measurements were performed. The temperature was found to be very influential on the progress of the stabilization. At a temperature of 230° C, PVC pitch enchanced the oxygen uptake of both fusible pyridine soluble (PS) and non-fusible pyridine insoluble (PI) fractions in the pure mesophase pitch, so shortening the time required for complete stabilization and raising more rapidly the softening point of the PS fraction. More oxygen-containing functional groups, such as phenolic, ether, carboxylic and carbonyl groups, were formed in both fractions. It is noted that any increase in the aromatic ring size of the PI fraction is rather limited at this temperature. In contrast, stabilization of PVC pitch at a higher temperature of 300° C, accelerated the increase in PI without accelerating oxygen uptake of both fractions. Hence, the softening point of the remaining PS was unchanged or even lowered. An increase of aromatic ring size of the PI component by stabilization was marked at the higher temperature. Suggested stabilization schemes and the role of added PVC pitch in accelerating stabilization are discussed for each of these temperatures taking account of the above results.     

模板炭化法制备沥青基中孔炭材料

以MgO为模板,采用低软化点(27℃)各向同性沥青为炭材料前驱体,采用程序升温一步炭化法制得了系列中孔炭材料。采用乙酸镁和柠檬酸镁为MgO的前驱体,沥青与MgO前驱体按照不同质量比混合,混合比例以得到的MgO为计算基准。采用低温N2吸附测得炭材料的比表面积和孔径分布,采用透射电镜观察炭材料的内部结构特征。结果表明,两种前驱体与沥青混合得到的炭材料比表面积均随MgO/沥青质量比例的增加呈线性增加趋势,柠檬酸镁体系中MgO/沥青质量比为8/2时最高比表面积达到1295m2/g,随MgO/沥青质量比的不同分别在2.5nm和5nm处有集中的孔分布;乙酸镁体系制得的炭最高比表面积也达到1199m2/g,并且在5nm和12nm处有集中的孔分布。     

Modification of precursor pitch for general performance carbon fibre by blending naphthalene-derived isotropic and mesophase pitches

Modification of an isotropic precursor pitch (IMP) for general performance carbon fibre (GPCF) was carried out by blending isotropic and mesophase pitches (IP and MP, respectively), both of which were synthesized from naphthalene using HF/BF₃ as catalysts because they carried a large amount of naphthenic hydrogens. Both IP and MP were miscible with IMP at temperatures higher than their softening points. The softening point of the blended pitch dropped remarkably, being lower than 200° C with 40% IP. Such lower softening points made spinning much smoother. Modification also enhanced the stabilization reactivities of pitch fibre, the time required for the sufficient stabilization at 270° C decreasing by 20 and 30 min by blending with 20% IP and 20% MP, respectively. The mechanical properties of the resultant carbon fibres were also improved.