不同锰含量纳米MnO2-Fe2O3-CeO2/Al2O3的制备、表征及其催化还原NO/NO_2性能

减少发动机冷启动极低温度下排气中的NO_x对于生态环境与人类健康至关重要,MnO₂在低温区间对NO_x具有较高催化活性,是一种极具发展前景的纳米催化剂。通过超声波辅助共沉淀法制备不同锰含量MnO₂-Fe₂O₃-CeO₂/Al₂O₃纳米催化材料,探讨表面结构特性与其脱硝活性的内在联系。研究发现:锰含量为15%(质量分数)时具有最大比表面积与最小晶粒,活性物质分布最为均匀,金属氧化物结晶度得到抑制,Mn,Fe和Ce呈现较佳共存态,能够促进化学吸附氧的富集,并通过提高NO催化氧化成NO₂来提高快速SCR反应速率,NO₂转化率在50℃时即达到了88.5%。在改善催化材料构效关系、提高NO预氧化和快速SCR反应性能方面,优化锰含量是一种极其有效的方法。     

基于“蛋盒”结构高电化学性能活性炭的制备

与陆生植物不同，海藻中通常含有大量的海藻酸和海藻酸盐，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。本文利用海带中海藻酸钙的“蛋盒”式结构，对海带炭化产物进行盐酸酸洗处理，除去海藻酸钙中的钙离子，形成“蛋盒”式初始孔结构，然后采用KOH活化法制备海带基活性炭，研究海带基活性炭的孔结构特性以及电化学性能。实验结果表明：基于“蛋盒”结构制备的海带基活性炭拥有丰富的孔隙结构，其比表面积高达3027m²/g，其中73.3%由中孔比表面积提供，且中孔孔径分布比较集中，几乎全部分布在2～10nm。海带基活性炭在碱性电解液中展现出优秀的电化学性能，当电流密度为0.1A/g时，其比电容高达366F/g，即使在电流密度为10A/g的条件下，活性炭比电容仍然高达329F/g，显示出良好的比电容性能和倍率性能。     

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。     

马尾藻基高比表面积活性炭的制备及表征

以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备高比表面积活性炭。探索制备马尾藻基活性炭的实验方案和最佳工艺条件。采用正交实验法研究了炭化温度、炭化时间、低温活化温度、低温活化时间和浸渍时间对制得活性炭比表面积和孔容的影响。采用N_2吸附、SEM表征考察了活性炭的孔隙结构和表面形貌。通过正交实验法分析发现,制备马尾藻基高比表面积活性炭的最佳工艺条件为:炭化温度600℃,炭化时间180min,低温活化温度400℃,低温活化时间45min,浸渍时间2h。在16组实验条件下,制备的活性炭比表面积最大为3 122m2/g,所有样品的孔径几乎全部分布在6nm以内。     

超级电容器用马尾藻基超级活性炭的制备及其电化学性能

以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备用于超级电容器的生物质基超级活性炭。制备的超级活性炭不仅比表面积巨大,孔隙结构丰富,而且以海藻作为前驱体原料明显降低了活性炭的生产成本。采用单因素实验法分析了浸渍比、活化温度和活化时间对马尾藻基活性炭孔隙结构(比表面积、孔容及孔径分布等)的影响,探索了制备马尾藻基超级活性炭的最佳工艺条件,并研究了所制活性炭用于制备超级电容器时的电化学性能。采用N2吸附-解吸附、SEM、XRD,恒电流充放电以及循环伏安法等表征手段考察超级活性炭样品的比表面积,孔结构以及电化学性能。实验结果表明,制备马尾藻基超级活性炭的最佳工艺条件为:浸渍比4∶1,活化时间120min,活化温度800℃。在该实验条件下制得的活性炭比表面积高达2926m2/g,孔容高达1.536cm3/g,且所有活性炭的孔径大小几乎全部分布在4nm以内,孔径分布均匀。制备的超级电容器以6mol/L的KOH为电解液时,其比电容高达358.5F/g,表现出良好的电化学性能。     

生物质碳基电解水催化剂定向构筑研究进展

生物质碳具有廉价易得、环境友好以及物化结构可调控的优点,是负载过渡金属的良好基底,在电解水方面应用前景广阔。碳基底的比表面积、孔隙分布等物化结构直接影响了催化活性位点的利用以及电解液离子扩散,是发挥过渡金属电解水催化潜力、决定催化剂性能的关键。介绍了不同生物质的热解机理,对高温热解法、水热碳化法以及微波热解法等生物质碳常见制备方法进行了归纳,并比较不同制备方法优缺点。总结了物理法、化学法及模板法等生物质碳物化结构定向调控策略,探讨了不同调控策略对生物质碳比表面积、孔容、平均孔径等物理化学性质的影响。归纳了杂原子掺杂及金属活性组分负载等常见生物质碳基电解水催化剂构筑策略,并对其在析氧反应、析氢反应、双功能催化及杂化电解水等方面的研究现状进行总结,详细阐述了其在电解水方面取得的进展。最后对生物质碳基电解水催化剂在微介孔比例调控、导电性提升、亲水性提升以及催化剂成型处理等方面面临的挑战进行了展望。     

活性炭孔结构及电化学性能协同优化

以马尾藻为原料，采用KOH活化法制备了高微孔率马尾藻基活性炭，结合二氧化碳与碳反应动力学机理，对马尾藻基活性炭进行二氧化碳扩孔改性，研究了二氧化碳改性对高微孔率马尾藻基活性炭孔结构特性和电化学性能的影响。研究表明：二氧化碳改性后马尾藻基活性炭的比表面积明显减小，由3155m²/g减小至2776m²/g，但是改性后活性炭中孔比表面积明显增大，由181m²/g增大至538m²/g，活性炭孔径介于2~8nm的中孔含量明显增多，比表面积的减少是由于微孔比表面积的减少导致的。改性后活性炭微孔含量降低，孔径介于0.4~0.6nm的微孔结构基本消失，但是孔径介于0.6~1nm的微孔结构却有所增加，活性炭微孔平均孔径增大。改性后马尾藻基活性炭的比电容性能以及倍率性能得到明显提升。经过二氧化碳改性后，马尾藻基活性炭的孔结构和电化学性能得到协同优化。     

盐酸预处理对浒苔基活性炭电化学性能的影响

传统工艺制备的活性炭微孔足够,但中孔、大孔含量缺乏,导致其用作超级电容器电极材料时电化学性能水平较低。为解决这一问题,采用盐酸对炭化前浒苔原料进行预处理。酸处理去除了原料中大部分的杂质金属,其中,海藻酸钙与盐酸发生化学反应形成了蛋壳初始孔,酸溶性碱金属离子与盐酸发生置换反应形成了无规则初始孔隙,明显增加了活性炭的中孔含量。实验结果表明：盐酸预处理后的活性炭比表面积明显增加,由2273m²/g增至3166m²/g,孔容由2.10cm³/g增至3.82cm³/g,中孔率显著提高,改善了孔结构的连通性,促进了电解质离子在材料内部的扩散;当电流密度为0.1A/g时,经过酸洗处理的活性炭比电容高达359F/g,比原样活性炭比电容的293F/g增长了23%,超级电容器等效串联电阻很小,表现出良好的电化学性能。     

智能航运的研究现状与展望

航运是以船舶为载运工具,以港口为节点,以海洋、江河、湖泊等水域为通道的运输方式,智能航运包括智能港口、智能船舶、智能航道、智能监管和智能服务等五个要素.综述了智能港口、智能船舶涉及的关键技术和应用案例,展望了未来新一代航运系统的构建.     

利用少量氧化镍负载提高活性炭比电容

为提高活性炭电极材料的比电容,本实验采用低浓度碱式碳酸镍溶液对活性炭进行氧化镍表面负载,利用碱式碳酸镍的热解特性,在引入赝电容的同时,减小负载对活性炭原有孔隙结构的影响,从而在引入赝电容的同时较好地保留活性炭的双电层电容.本实验还研究了不同数量氧化镍负载对活性炭孔结构和电化学性能的影响.实验结果表明:氧化镍负载改性后,活性炭在较好保留了原有孔隙结构的基础上,还在孔结构表面均匀负载了大量的纳米级氧化镍,改性后活性炭电极材料引入了赝电容,活性炭的比电容性能得到明显改善,且随着氧化镍负载数量的增多,活性炭比电容性能逐渐提高.