N掺杂有序介孔碳材料的研究进展

通过对有序介孔碳进行掺N功能化修饰,能够改变其表面特性和物理化学性质,拓宽其在各领域的应用范围。基于N掺杂有序介孔碳材料的最新研究进展,详细介绍了N掺杂有序介孔碳的制备方法,包括直接合成法、后处理合成法和化学气相沉积法,评述了各方法的特点和不足,并阐述了该材料在电化学、催化和吸附分离等领域的应用,对未来掺N有序介孔碳的发展方向和应用进行了展望。     

掺杂多孔碳材料催化硝基苯还原反应的研究进展

苯胺是重要的化工原料和合成中间体,通过硝基苯的催化还原反应可以方便地制备苯胺类化合物。多孔碳材料因其高比表面积、发达的孔隙结构和容易回收等特点在催化领域越来越受到重视,然而其应用受到自身活性位点缺乏和化学惰性的限制。杂原子掺杂可以增强碳材料的表面极性,调节电子结构,改善其催化性能,可作为硝基苯催化还原反应的有效催化剂。本文对近年来掺杂多孔碳材料在硝基苯催化还原反应中的研究进展进行了总结。本文概述了氮掺杂型多孔碳材料、共掺杂型多孔碳材料、负载贵金属的掺杂多孔碳材料和负载廉价金属的掺杂多孔碳材料这4种主要的掺杂多孔碳材料的制备方法,并详细介绍了不同掺杂多孔碳材料在催化硝基苯催化还原反应时的催化性能、可能的催化活性位点以及催化机理。最后,指出目前掺杂多孔碳材料催化硝基苯还原还需要解决反应选择性、催化剂催化活性和生产成本等问题,以生物质为前体,开发共掺杂型和二元双金属负载的掺杂多孔碳材料是未来的重要发展方向之一。     

氮掺杂多孔炭材料的研究进展

杂原子掺杂是提升多孔炭材料性能的有效方法之一,其中氮原子掺杂以其原料来源广、制备工艺简单成为了杂原子掺杂的研究热点.本文对近年来氮掺杂多孔炭材料的研究进行了总结,对直接热解法、水热合成法、模板法、化学气相沉积法和后处理法制备氮掺杂多孔炭材料的研究进展进行了综述,同时介绍了氮掺杂多孔炭材料在吸附、催化和电化学领域的应用情...     

煤基聚苯胺制掺N碳微纳米管的实验研究

我国煤炭资源丰富,以煤为原料制备碳纳米管,可以实现煤炭资源的高效利用,减少环境污染,为煤炭行业的发展提供新途径。以煤基聚苯胺为碳氮源,分别以乙酸镍或柠檬酸铁为碳源热解催化剂,以二茂镍、乙酸镍或二茂铁为碳管生长催化剂,采用催化热解-化学气相沉积耦合法成功制备出了三种高石墨化程度的掺N碳微纳米管。并对其进行了SEM、TEM、XRD、Raman、XPS等结构测试和甲醇氧化电催化剂载体应用测试,结果发现：三种掺N碳微纳米管的微观形态多样,有直立管、弯曲管、竹节状管等。二茂镍和二茂铁适合生长长而直的碳管,乙酸镍适合生长短而弯的碳管。二茂镍和乙酸镍所长碳管收率相当,约为5.8%（质量）;二茂铁所长碳管收率较高,为21.2%（质量）。N元素主要以石墨型N掺入三种碳微纳米管中,乙酸镍所长碳管的掺N量最高,为1.17%（质量）,且表现出良好的电催化剂载体性能。     

生物质多孔碳材料的水热合成及应用研究进展

生物质作为典型的可再生能源,具有负碳属性,符合绿色发展的要求。水热炭化是在相对温和的条件下将生物质转化为各种功能性碳材料的过程。本文综述了近年来以单糖(葡萄糖、果糖和木糖)、木质纤维(纤维素、半纤维素和木质素)和壳聚糖等生物质为原料,通过水热法转化为生物质多孔碳材料的研究进展,重点讨论了生物质多孔碳材料在气体吸附、染料吸附和重金属离子吸附领域的应用,并提出了生物质水热合成高性能和对环境友好的多孔碳材料的未来研究方向。     

氮掺杂改性碳材料的研究进展

通过对碳材料进行氮掺杂改性,可强化碳材料的性能从而拓宽其应用领域。总结了近年来国内外对氮掺杂改性碳材料的研究进展,详细介绍了利用活化法、水热法、化学气相沉积法、模板法、溶胶-凝胶法和后处理法制备氮掺杂改性碳材料的方法,对其在催化剂、吸附材料、超级电容器、储氢等领域上的应用作了详细介绍,对氮掺杂改性碳材料的发展趋势进行了展望。     

酒糟基氮-磷共掺杂多孔碳材料的制备与表征

以酱香酒酒糟为碳源,磷酸氢二铵为氮-磷源和活化剂,采用直接物混-高温工艺一步碳化活化制备酒糟基多孔碳材料。通过BET、XRD、XPS、SEM、TEM等进行表征分析,考察了碳材料对Cr(Ⅵ)模拟废水的吸附性能。结果表明,当磷酸氢二铵和酒糟质量比为1、活化温度为800℃时,BC800-1的比表面积、总孔容和微孔容分别达到609.08 m²/g, 0.363 cm³/g和0.188 cm³/g,以微孔和小介孔为主,具有部分石墨化结构,表面N、P元素含量分别为3.28%和2.3%。BC800-1对Cr(Ⅵ)的吸附性能较好,在原始条件下最高吸附量为9.2 mg/g。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电容性能

氮掺杂多孔碳(NPC)电极材料具有特殊的多孔结构,导致其比表面积高,化学稳定性好,同时电容性能良好,然而导电性差,能量密度低等因素也限制了其实际应用。以天然产物为碳源,经高温热解产生碳化残渣,将这些残渣经筛分,与氢氧化钾和三聚氰胺一起混合、研磨,然后再经过高温焙烧、洗涤、烘干后得到NPC样品。该样品外观为黑色粉末,在扫描电镜下观察其形貌呈现多孔状,氮元素含量达到6.45wt%。将NPC与乙炔黑、聚偏氟乙烯按8∶1∶1的质量比制成电极压片,可组装成对称型超级电容器。在两电极体系下,以6M KOH为电解液,通过恒电流充放电(GCD)和循环伏安(CV)测试表明:电流密度为0.1A/g时,组装的超级电容器的比电容达到145F/g,而且当功率密度为50W/kg时,能量密度可达到20Wh/kg。经1000次循环充放电后,其比电容仍然保持96.9%,库仑效率基本稳定在99%,说明NPC具有优良的电容特性和循环稳定性。     

溶胶-凝胶法碳源对多孔炭材料孔隙结构的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为模板硅源,β-环状糊精和可溶性淀粉分别为碳前驱体,运用溶胶-凝胶法制备了多孔炭材料。利用低温N2等温吸脱附、X射线衍射、高倍扫描电子显微镜等对所得炭材料的结构进行了测试与表征,结果表明,β-环糊精为碳源的样品主要孔径分布在2~3 nm;以可溶性淀粉为碳源的样品孔径呈双峰分布,即孔径集中在3.7 nm和5~20 nm,但由于炭化温度较低,所得的炭材料仍为无定形结构。     

化学气相沉积法制备碳纳米管的研究进展

从催化剂、碳源气体及反应器的选择等方面综述了化学气相沉积法制备碳纳米管的研究进展 ,讨论了碳纳米管的合成机理。指出催化合成碳纳米管的研究难点在于管径的有效调控和大批量生产 ,今后的研究方向应为单层碳纳米管的有效合成     

Electrochemical properties of N-doped hydrogenated amorphous carbon films fabricated by plasma-enhanced chemical vapor deposition methods

Nitrogen-doped hydrogenated amorphous carbon thin films (a-C:N:H, N-doped DLC) were synthesized with microwave-assisted plasma-enhanced chemical vapor deposition widely used for DLC coating such as the inner surface of PET bottles. The electrochemical properties of N-doped DLC surfaces that can be useful in the application as an electrochemical sensor were investigated. N-doped DLC was easily fabricated using the vapor of nitrogen contained hydrocarbon as carbon and nitrogen source. A N/C ratio of resulting N-doped DLC films was 0.08 and atomic ratio of sp³/sp²-bonded carbons was 25/75. The electrical resistivity and optical gap were 0.695 Ω cm and 0.38 eV, respectively. N-doped DLC thin film was found to be an ideal polarizable electrode material with physical stability and chemical inertness. The film has a wide working potential range over 3 V, low double-layer capacitance, and high resistance to electrochemically induced corrosion in strong acid media, which were the same level as those for boron-doped diamond (BDD). The charge transfer rates for the inorganic redox species, Fe^2+/3+ and Fe(CN)₆^4−/3− at N-doped DLC were sufficiently high. The redox reaction of Ce^2+/3+ with standard potential higher than H₂O/O₂ were observed due to the wider potential window. At N-doped DLC, the change of the kinetics of Fe(CN)₆^3−/4− by surface oxidation is different from that at BDD. The rate of Fe(CN)₆^3−/4− was not varied before and after oxidative treatment on N-doped DLC includes sp² carbons, which indicates high durability of the electrochemical activity against surface oxidation.     

Pyrolyzing soft template-containing poly(ionic liquid) into hierarchical N-doped porous carbon for electroreduction of carbon dioxide

Heteroatom-doped carbon materials have demonstrated great potential in the electrochemical reduction reaction of CO₂ (CO₂RR) due to their versatile structure and function. However, rational structure control remains one challenge. In this work, we reported a unique carbon precursor of soft template-containing porous poly(ionic liquid) (PIL) that was directly synthesized via free-radical self-polymerization of ionic liquid monomer in a soft template route. Variation of the carbonization temperature in a direct pyrolysis process without any additive yielded a series of carbon materials with facile adjustable textural properties and N species. Significantly, the integration of soft-template in the PIL precursor led to the formation of hierarchical porous carbon material with a higher surface area and larger pore size than that from the template-free precursor. In CO₂RR to CO, the champion catalyst gave a Faraday efficiency of 83.0% and a current density of 1.79 mA·cm^-2 at -0.9 V vs. reversible hydrogen electrode (vs. RHE). The abundant graphite N species and hierarchical pore structure, especially the unique hierarchical small-/ultra-micropores were revealed to enable better CO₂RR performance.     

多孔石英基体上CVD法沉积氮化硅涂层的工艺、结构与性能研究

以甲硅烷(20％甲硅烷+80％氢气)和氨气作为反应前驱体,选择孔隙率为20％左右的多孔石英陶瓷基体,采用CVD法在多孔石英基体表面制备了氮化硅涂层.研究了沉积反应温度、反应压力、反应气体配比以及沉积时间等工艺参数对附着力的影响,确定了CVD法制备氮化硅涂层的最佳工艺参数,通过对所得涂层及复合材料进行抗弯强度和介电性能的表征,探讨了氮化硅涂层对多孔石英基体力学性能和介电性能的影响.     

先进陶瓷基复合材料制备技术-CVI法现状及进展

化学气相渗透法(CVI)是制备先进陶瓷基复合材料最赋潜力的技术.本文概要阐述了CVI法的原理与动力学机制,论述了CVI先进陶瓷基复合材料中纤维、基体、界面的研究现状,对不同类型的CVI工艺及目前的CVI模拟技术作了一定的评价,提出了CVI技术的发展方向和研究课题.     

基于有序多孔材料磷酸盐吸附剂的研究进展

过量的磷流入水体易导致水体富营养化等环境问题。吸附法由于操作方便、经济高效等特点被广泛应用于水体磷酸盐的去除。有序多孔材料具有孔道规则，比表面积大，孔容大等特点，其作为载体可有效提高活性物种的分散性，从而提高吸附剂去除磷酸盐的效率。该文综述了基于不同有序多孔材料合成的吸附剂应用于水体磷酸盐去除的进展，主要包括有序多孔碳材料、有序多孔硅材料和金属有机框架。讨论了基于有序多孔材料吸附剂的磷酸盐吸附性能、主要吸附机制、影响因素及回收利用等。总结了基于有序多孔材料吸附剂吸附磷酸盐存在的问题，展望了其未来研究方向及应用前景。     

基于有序多孔材料磷酸盐吸附剂的研究进展

过量的磷流入水体易导致水体富营养化等环境问题,吸附法由于操作方便、经济高效等特点被广泛应用于水体磷酸盐的去除。有序多孔材料具有孔道规则,比表面积大,孔容大等特点,其作为载体可有效提高活性物种的分散性,从而提高吸附剂吸附磷酸盐的效率。综述了基于不同有序多孔材料的吸附剂应用于水体磷酸盐去除的进展,主要包括有序多孔碳材料、有序多孔硅材料和金属有机框架。讨论了基于有序多孔材料吸附剂的磷酸盐吸附性能、主要吸附机理、影响因素及回收利用。总结了基于有序多孔材料吸附剂吸附磷酸盐存在的问题,展望了其未来研究方向及应用前景。     

水分子在多孔炭材料上的吸附行为研究进展

多孔炭材料具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,是吸附有毒有害气体的关键材料,备受环境、化工、军事化学等领域的关注。多孔炭材料对有毒有害气体的吸附性能受气氛中水分子竞争吸附的影响,研究多孔炭材料对水分子的吸附行为是复杂环境下吸附分离有毒有害气体的基础,对改进多孔炭材料的表面官能团组成和孔结构具有重要的指导意义。基于此,本文综述了国内外关于水分子在多孔炭材料上吸附的机理、过程和影响因素,探讨了水分子作为示踪分子用于多孔炭材料结构表征的潜在可能,并对未来吸附理论的研究方向和指导新型吸附材料设计的应用前景进行展望。