超级电容器用高性能石油焦基多孔炭的制备及改性（英文）

以石油炼制副产品石油焦为原料,采用KOH活化法制备高比面积多孔炭,通过氨水水热处理对多孔炭进行表面渗氮改性。系统考察了KOH/石油焦比例(碱/炭比)对多孔炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明多孔炭的比表面积、孔结构和电化学性能可以通过碱/炭比有效地调控。随着碱/炭比的增大,多孔炭的孔道逐渐增大,当碱炭比为3∶1时最大比表面积达到2 964 m~2·g~(-1)。当碱/炭比为5∶1时,多孔炭的比表面积和中孔率分别高达2 842 m~2·g~(-1)和67.0%,其在50 m A·g~(-1)电流密度下的比电容达到350 F·g~(-1)。氨水水热处理多孔炭,可以有效地在多孔炭表面引入氮原子,从而提高了多孔炭电极的电化学性能,尤其提高其在高电流密度下的比电容值。KOH活化以及氨水水热处理为制备高性能低成本石油焦基超级电容器电极材料提供了一种简单有效的方法。     

由煤沥青高效制备高性能超级电容器用多孔炭(英文)

在较低氢氧化钾用量的条件下,采用一步微波辅助KOH活化法由煤沥青成功制备出多孔炭材料。在KOH/沥青质量比为2∶1,采用30 min微波辅助KOH活化所得多孔炭(PC2-M)的比表面积达1 786 m2/g。在KOH、K2SO4、Na2SO4、Li2SO4水性电解液及四乙基四氟化硼酸铵盐/碳酸丙烯酯有机电解液中,研究了PC2-M电极的电化学性能。在6 mol/L KOH水性电解液中,在0.1 A/g的电流密度下,多孔炭电极的比容达267 F/g;在0.5 mol/L K2SO4中性电解液中,多孔炭电容器的能量密度高达12.0 Wh/kg,对应的功率密度为1 318 W/kg。因此,一步微波辅助氢氧化钾活化煤沥青是一种简单、高效且低能耗的制备超级电容器用高性能多孔炭的方法。     

大蒜皮基多孔炭材料的水热法制备及其CO_2吸附性能（英文）

以大蒜皮为碳源,先采用水热法制备炭前驱体,再经KOH活化法制备了高比表面积和高孔体积的多孔炭材料。采用氮气吸附仪、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)仪对所制多孔炭的孔结构和形貌特性进行表征。结果表明,活化温度对多孔炭材料的比表面积和孔体积影响较大,当活化温度为800℃和KOH/炭前驱体浓度比为2时,得到的多孔炭材料(AC-28)比表面积和孔体积分别高达1 262 m~2/g和0.70 cm~3/g;当活化温度为600℃和KOH/炭前驱体浓度比为2时,多孔炭材料(AC-26)比表面积和孔体积分别为947 m~2/g和0.51 cm~3/g。虽然AC-26样品的比表面积和孔体积均较低,但其微孔率高达98%,使得此材料CO_2吸附性能优异,在25℃和1 bar时的CO_2吸附量高达4.22 mmol/g。常压下影响多孔炭材料中CO_2吸附量的主要因素是微孔率,并不是由比表面积和孔体积决定。当具有合适的孔径结构和比表面积时,生物质基多孔炭材料中微孔率的增加会有效增加CO_2吸附量。     

菱角壳基多孔炭的制备及其电化学电容特性研究

以菱角壳为前驱体,采用KOH化学活化法制备超级电容器用多孔炭,研究了不同碱炭比对多孔炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、Raman、N_2吸脱附测试对多孔炭的微观结构进行表征,并利用循环伏安、恒流充放电、长循环、交流阻抗等方法考察其电容性能。结果表明,碱炭比为4时,多孔炭具有最高的比表面积(2 046.74 m~2/g)和最丰富的孔结构,以TEABF_4/PC为电解液组装成超级电容器,在0.1 A/g电流密度下,其比电容高达126.1 F/g,以0.5 A/g电流密度循环10 000次,其比电容仍保持92.6 F/g,展现出良好的电容性能。     

胡萝卜基分级多孔炭材料的制备及电化学性能研究

以胡萝卜为炭源,采用KOH对胡萝卜炭进行活化,制备出具有高比电容的分级多孔炭材料。利用SEM、X射线衍射分析、低温氮气吸脱附等手段对制备的材料进行形貌及结构分析,结果表明,不同碱炭比会造成炭材料不同程度的结构变化,在碱炭比为2∶1时,所制备的炭材料孔隙结构分布最佳,比表面积高达3 111.45 m²/g,总孔容为1.51 m³/g。循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)等电化学测试表明,在最佳活化条件下制备的胡萝卜基多孔炭材料制成的电极在6 mol/L KOH电解液、0.5 A/g电流密度条件下比电容为486 F/g,表明材料具有良好的电容性能;当电流密度提升20倍时,电容量保留为原来的86%,表明材料具有良好的倍率性能;10 A/g电流密度下经8 000次循环后,电容保持率为97.3%,表明材料具有良好的稳定性。胡萝卜基多孔炭材料制成的电极片所组装的水系超级电容器器件能量密度可达14.67 Wh/kg,功率密度为1 000 W/kg。     

酚醛泡沫衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

以苯酚、甲醛为原料，利用水热合成法制备酚醛泡沫前驱体，经炭化和KOH活化后制备具有高比表面积的多孔炭PAFc。采用X射线衍射、扫描电镜和N₂吸附-脱附等方法对多孔炭进行表征。结果表明：当炭化温度为800℃、活化比例为1∶2时制备的多孔炭含有丰富的孔结构和高比表面积(1692.24m²/g)。此外，多孔炭也表现出优异的电化学性能，电流密度为1A/g时多孔炭的比电容达255.6F/g,循环5000次后，电容保持率为97.3%。     

基于煤萃取物的类石墨状多孔炭的制备及其电容性能研究

以褐煤萃取物为炭前驱体, MgO为阻隔剂, KOH为活化剂, 在800℃惰性气氛下制备出类石墨状多孔炭材料。对该多孔炭材料进行了红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉曼(Raman)表征。以活化前和活化后多孔炭为电极材料, 利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗对其进行了电化学电容性能评价和比较。结果表明: 活化后炭材料呈现多孔的薄膜状, 比表面积高达1396 m²/g, 而活化前炭材料比表面积仅为138.4 m²/g。当电流密度为1 A/g和4 A/g时, 活化后炭材料比电容分别为533 F/g和390 F/g; 而活化前炭材料对应的比电容为366 F/g和198 F/g。在电流密度为5 A/g下循环8000圈后, 活化前后炭材料的电容保持率分别为72.5%和89.6%。可见, 经过KOH活化后的炭材料比电容和电化学稳定性有了显著提高。该研究证明阻隔剂和活化剂的使用, 能够获得高度柔性的高电容性能的类石墨状多孔炭。     

沸石矿模板制备多孔炭及其电性能研究

为降低模板法制备多孔炭的成本,使用一种天然沸石矿为模板来制备多孔炭。利用XRD、N2吸附和循环伏安法研究多孔炭的物相组成、孔结构和电化学性能。研究表明,所制备多孔炭的比表面积仅为411m2/g,但富含中大孔,并具有较宽的孔径分布;在1mol/L的H2SO4溶液中,1mV/s的扫描速度下,多孔炭的比容量为185F/g,扫描速度增加到500mV/s,其比容量保持率高达72%,比在相同条件下,比表面积2322m2/g的商业微孔活性炭的容量保持率23%高得多,且保持了良好的扫描曲线。     

硝酸改性无灰煤基多孔炭电极材料的制备

以褐煤基无灰煤为原料,采用KOH活化法制备多孔炭材料(PC),通过不同浓度HNO_3对多孔炭进行氧化改性,利用N_2等温吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对多孔炭进行表征,结合恒流充放电(GC)、循环伏安(CV)和交流阻抗的测试结果,考察浓度对多孔炭孔结构、表面性质以及电化学性能的影响。研究表明,随着HNO_3浓度的增加,多孔炭的比表面积逐渐降低,润湿性提高;用1%HNO_3改性的多孔炭N-5、C—O及O—C—O含量增加明显,在50mA/g的电流密度下,比电容可达273F/g,相比未改性的多孔炭,比电容量增长了22.4%;在5 000mA/g的电流密度下,比电容保持率能达到80.4%,且在1 000次循环后,比电容仍具有95.2%的保持率,具有良好的电化学性能。     

沸石矿模板炭的制备及其纳米孔的形成机理

分别以沸石矿和人造沸石为模板、蔗糖为碳源、采用模板法制备了多孔炭材料。采用SEM和N2吸附对样品进行了表征。结果表明,沸石矿模板炭的比表面积(1070m2/g)比人造沸石模板炭的比表面积(1820m2/g)低,但沸石矿模板炭的总孔容(1.39cm3/g)和中孔孔容(0.98cm3/g)均明显高于人造沸石模板炭的总孔容(1.02cm3/g)和中孔孔容(0.39cm3/g)。沸石矿模板炭的纳米孔主要由三部分孔组成,即复制模板壁厚的“复制孔”、继承模板孔道的“继承孔”和炭化过程中形成的纳米孔。     

活化剂对焦煤基多孔碳制备的影响及其在锂硫电池中的应用

煤炭作为一种来源广泛的非金属矿物,是制备大量多孔碳的理想原料。本文以1/3焦煤为原料,NaOH和KOH为活化剂,制备了多孔碳,并研究了硫/多孔碳复合正极材料的电化学性能。结果表明:采用NaOH和KOH单独活化时制备的多孔碳比表面积很大,分别为1 649 m2/g和1 867 m2/g,而采用NaOH和KOH混合活化制备的多孔碳比表面积大幅度下降,当NaOH与KOH质量比为1:1活化时多孔碳的比表面积最小,为290 m2/g。电化学测试表明,NaOH与KOH质量比为1:1混合活化的硫/多孔碳正极材料的电性能优于NaOH和KOH单独活化的硫/多孔碳正极材料,0.2 C下首次放电比容量为790 mA·h/g,库仑效率为93.16%,100次循环后放电比容量为740 mA·h/g。还分析讨论了煤基多孔碳孔径分布对电化学性能的影响。      

己二酸/酚醛树脂共聚炭化制备多孔炭材料及其电性能研究

以酚醛树脂(PF)为炭前驱体, 己二酸(DA)为致孔链段, 利用聚合物共聚炭化法制备双电层电容器用多孔炭材料. 通过红外和热重分析证实己二酸与酚醛树脂发生了化学反应, DA以链段或支链的形式存在于酚醛树脂固化体系中, 并在后续炭化过程中热解逸出. 氮气吸附分析表明酚醛树脂固化体系中的DA起到了一定的造孔作用, 随着DA加入量增加, 多孔炭比表面积先增大后减小, 当w(PF)/w(DA)=3:1时所得多孔炭的比表面积为550 cm²/g, 孔容为0.27 cm³/g. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: w(PF)/w(DA)=3:1时制得的多孔炭电极在30% KOH电解液中比电容为145 F/g, 电流密度增大50倍, 比电容保持率达到70 %.     

纳米CaCO_3模板法合成石油沥青基多孔类石墨烯炭材料（英文）

利用纳米CaCO_3模板耦合原位KOH活化方法合成出超级电容器用多孔类石墨烯炭材料(PGCMs)。采用透射电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和N_2吸脱附技术对PGCMs进行了表征。结果表明,PGCMs的比表面积为1 542～2 305 m~2 g~(-1),其取决于模板、KOH/沥青的比例和活化温度。当模板/沥青比为1.5、KOH/沥青比为1.5,在850℃恒温1 h所得PGCM的超电容性能最佳。同时,PGCMs具有相互连接的类石墨烯炭层和丰富的分级短孔。在6 M KOH电解液中,0.05A g~(-1)电流密度下,超级电容器用PGCMs电极的比容高达293 F g~(-1);在20 A g~(-1)电流密度下,其电容保持为231 F g~(-1),显示了良好的倍率性能;经7 000次循环充放电后,其电容保持率为97.4%,展现了优异的循环稳定性。此外,在BMIMPF_6离子液体电解液中,0.05 A g~(-1)电流密度下,PGCMs电极的比容高达267 F g~(-1)。PGCMs超级电容器的能量密度达148.3 Wh kg~(-1),其相应的平均功率密度为204.2 W kg~(-1)。本工作为利用廉价的纳米CaCO_3模板合成高性能超级电容器用石油沥青基多孔类石墨烯炭材料提供了一种可行的方法。     

炭前驱体对活性炭孔结构和电化学性能的影响

分别以毛竹和石油焦为炭前驱体,采用KOH活化法制备超级电容器用高比表面积活性炭材料,考察了碱/炭比对不同炭前驱体所制得的活性炭的孔结构、吸附性能和电容性能的影响。结果表明,在相同的碱/炭比下,竹基活性炭孔径2nm的微孔较发达,而石油焦基活性炭孔径在2～50nm的中孔率较高。在适宜的工艺条件下,以毛竹为炭前驱体可制得比表面积为2610.7m2/g,比电容为206F/g的活性炭材料;以石油焦为炭前驱体可制得比表面积为2597.9m2/g,比电容为213F/g的活性炭材料。     

炭化温度对酚醛树脂基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以酚醛树脂为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料.N_2吸附测试表明随着炭化温度降低,活性炭材料比表面积先增大后减小,孔容则不断增大.其中,550℃炭化样品与KOH反应活性最佳,可制得比表面积为2983m~2/g,总孔容为1.58cm~3/g,中孔孔容达到0.59cm~3/g的活性炭材料.采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定以上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能,结果表明,PF550活性炭材料电容性能最佳,在有机电解液中100mA/g充放电时,比电容达到160F/g,电流密度增大50倍容量保持率达到82%,显示出良好的功率特性;活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率.     

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。     

清江河虾头胸甲基富氮/氧分级多孔叠炭片的制备及电化学性能

以废弃的清江河虾头胸甲为原材料,采用简便的一步二氧化碳炭化活化处理工艺,使头胸甲中的部分氮/氧元素以原位掺杂的形式保留,同时以头胸甲叠层中均匀分布的碳酸钙作为原位模板,快速制得富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片材料.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、激光拉曼光谱仪和比表面积测定仪等对样品进行了表征.结果显示,富氮/氧共掺杂分级多孔叠层炭片具有相互贯通的"特大孔-大孔-介孔-微孔"多级孔道,并具有高的比表面积(1012.2 m2/g)和孔体积(0.975 cm3/g)、高的氮含量9.15％(质量分数)和氧含量26.0％(质量分数).基于这些独特的结构特征,头胸甲基叠层生物多孔炭展现出优异的电化学性能:在电流密度为0.5 A/g时,最高质量比电容高达380.2 F/g;当电流密度增加到10 A/g时,质量比电容仍有187.5 F/g,说明该电极具有较好的倍率性能.在10 A/g的充放电电流密度下循环5000次后,头胸甲基叠层生物多孔炭的容量保持率高达93.6％.优良的电容性能显示废弃的清江河虾头胸甲在超级电容器电极材料方面具有很好的应用前景.     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

高比表面椰壳活性炭和纳米级Pd/C催化剂的制备与表征

以海南椰壳为原料,粉碎、过筛后,采用二步活化法制备活性炭.先500℃下碳化,然后以KOH为活化剂,炭碱质量比1∶2、1∶3、1∶4,炉温分别为700℃、800℃和900℃在氮气保护下活化.在炭碱比1∶4,活化温度800℃时,得到的活性炭比表面积高达3275m2/g.将得到的比表面积在1100～3200m2/g活性炭通过PdCl2超声浸渍法,水合肼还原制备纳米级钯炭催化剂,经SA、XRD、TEM等分析,得出比表面积越大,纳米钯粒子在活性炭上的分布越均匀,粒子颗粒越小.     

聚硅氧烷制备高比表面积微介孔炭材料(英文)

通过对聚甲基(苯基)硅树脂(SR249)在1250～1350℃、真空气氛下裂解以及氢氟酸酸洗处理制备得到具有高比表面积的纳米多孔炭材料。采用X-ray衍射光谱、拉曼光谱、元素分析、透射电镜及氮气吸附法对不同温度所制样品进行元素组成及结构研究。裂解产物中的SiO2相作为一种天然模板经腐蚀处理除去。裂解温度和酸洗处理对多孔炭材料的成分和结构变化影响较大。HF酸处理前,裂解产物的比表面积小于55m2/g;而酸洗后产物比表面积和总孔容量显著增加,而最高值是裂解温度为1300℃时获得,分别为1148m2/g、0.608 cm3/g。经酸洗处理得到的多孔炭,孔径分布均相对较窄,在1～4 nm。透射电镜结果显示炭材料中的自由碳相和少量的SiC纳米晶及SiOC陶瓷彼此相互包裹。