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...     

一步模板炭化法制备新型沥青基中孔炭材料

以乙酸镁和柠檬酸镁为模板(MgO)镁源,沥青为碳前驱体,在氮气氛中950℃一步炭化制得高表面积中孔炭材料.采用1 mol/L的HCl去模,并将炭材料洗涤至中性.采用低温N2吸附测得炭材料的比表面积和孔径分布,透射电镜观察炭材料的内部结构特征.结果表明:尽管未经活化,所得炭材料中的孔大多为中孔,BET比表而积达到1295 m2/g,当以柠檬酸镁为MgO前驱体时,所得炭材料的收率可高达50%.     

模板法煤沥青基中孔炭的制备及其电化学性能

以煤沥青质为碳源,气相法二氧化硅为模板,制备中孔炭(Mesoporous carbon,MC),通过CO2活化调变其表面结构.用TEM、N2吸附、电化学工作站及Land电池测试系统等对产品炭的微观结构及电化学性能进行研究.结果表明:在活化温度900℃、CO2气流量100mL/min条件下,随着活化时间的增加,炭产品的BET比表面积、微孔孔容均呈增加趋势.在活化时间为150min时,产品炭的BET比表面积可达1 360m2/g,比活化前的比表面积提高了约88%.产品炭作为超级电容器电极材料表现出良好的电化学性能,活化时间为120min的样品,在1000mA/g的电流密度下,材料的质量比电容为135F/g,10000次充放电循环后,比电容值保持率高达93%.     

模板法合成中孔炭材料

在综合分析无机模板法和有机模板法的基础上,提出矿物模板法和复合模板法是制备中孔炭的有效方法.矿物模板法原料价格低廉、来源广泛.复合模板法综合了软模板和硬模板的优点,能够拓展中孔炭的结构、性能和应用领域.以矿物模板制备的炭材料具有良好的电学、医学性能等,有望获得良好性价比的中孔炭材料.     

模板法制备沥青烯基有序结构中孔炭

以煤炭直接液化工艺过程的副产物--沥青烯为碳源,中孔硅分子筛SBA-15为模板,采用模板炭化法制备了具有规则结构的中孔炭.制备过程包括利用溶剂夹带法将沥青烯填充到模板孔道内,炭化模板孔道内的沥青烯以及脱除模板等步骤.利用扫描电镜、透射电镜、粉末X射线衍射仪对产品的微观形貌和结构进行了分析;测定了材料的抗氧化性能、导电性能以及对N2的吸附特性.结果表明:产品具有对模板结构反转复制的规则结构,其比表面积为562m2/g,孔容为0.566cm3/g,孔尺寸呈单分布,平均孔径为3.57nm;此外,材料具有良好的抗氧化性能,空气环境下300℃处理后样品仍保持规则的孔结构形态;其平均电阻率为0.16Ω*cm左右,属半导体材料导电性能范畴.     

硝酸镍在模板法制备中孔炭中的作用

以热固性酚醛树脂(Thermosetting phenol resin,TPR)为炭前驱体,纳米SiO2为模板、硝酸镍为添加剂制备中孔炭(Mesoporous carbons,MCs).借助比表面积测定仪和X-射线衍射分析仪,研究了添加剂加入前后中孔炭孔结构和微晶结构的变化.结果表明:加入适当含量的硝酸镍可提高中孔炭的比表面积,同时增加炭的石墨化度;通过调节硝酸镍的含量,可以制备具有孔径分布集中在4nm和10nm左右的双峰分布的中孔炭.     

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。     

印刻法制备中间相沥青基中孔炭

用中间相沥青作碳源,硅胶水溶液作造孔剂,采用胶体印刻法制得一系列中孔碳。实验发现当适量纳米级硅源添加到中间相沥青中,会在彼此颗粒间形成一定的纳米孔道,从而导致中间相沥青在炭化过程中没有沥青由固相向液相转化的过程。结果表明：碳硅比、印刻温度以及中间相沥青的基本物化性质都将对中孔碳的孔结构发生重要影响。且制得比表面积和孔容分别为482m2/g和1.62cm3/g的中孔碳。     

模板法制备中孔炭及其负载氧化铈的SCR脱硝性能研究

以硅铝比为38的分子筛为模板,蔗糖为前驱体,用模板法制备了中孔炭材料,并对制备的材料进行了表征。重点探讨了以制备的碳材料为载体,Ce为活性组分的催化剂的脱硝性能。结果表明,制备出的碳材料存在部分中孔,平均孔径为2.9nm;负载了Ce的催化剂,NH3选择性催化还原(Selective catalytic reduction,SCR)脱硝性能比未负载的脱硝性能好,表明Ce具有催化作用;将制备的碳材料经硝酸预处理,发现Ce负载量为10%的催化剂脱硝活性最好,在380～450℃之间保持60%以上的NO转化率。     

煤沥青基多孔炭材料的研究进展

我国能源结构是"富煤、贫油、少气",发展煤化工资源化利用技术对于保障国家能源安全不仅具有重要的战略意义,也有着广阔的市场前景。煤焦油,作为钢铁行业炼焦的副产物,主要由稠环芳烃组成,并且碳含量相对较高,目前主要以燃烧为主,带来了一系列能源和环境问题,因此实现煤焦油资源高效利用是急需解决的行业难题。从煤焦油出发制备功能性炭材料是探索煤焦油高附加值利用的有效途径,介绍了以煤沥青为原料合成多孔炭材料的主要技术和应用前景。分析表明,通过活化法或模板法等技术手段可实现炭材料比表面积和孔结构调控,但由于煤沥青原料的特点,单一的手段难以满足高性能炭材料的发展要求,因此,通过精细化工技术对煤沥青分子结构进行调控,改善煤沥青分子结构及其物理、化学性质,对于煤沥青基炭材料发展具有重要意义。     

以MgO为模板剂制备纳米中孔炭及其应用研究进展

无需任何稳定和活化过程,采用MgO为模板剂,选择不同的碳前驱体可制备高比表面积且含有大量中孔的活性炭.综述了具体制备方法、制备条件对孔结构的影响、纳米孔结构形成机理、该方法的优点以及该法所得纳米中孔活性炭的应用前景.通过选择不同的MgO前驱体可调节活性炭中孔大小;而中孔和微孔的相对体积则由碳前驱体控制.采用该法制备的中孔炭作为电容器、吸附材料等在能源、资源和环境方面的应用前景相当广阔.     

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。     

埃洛石为模板合成中孔炭

以天然矿物埃洛石为模板, 蔗糖为碳源合成了具有“壳-核”结构的中孔炭。通过SEM、TEM、N₂吸附、XRD、Raman、TG对样品进行了形貌和结构表征。结果表明: 模板炭具有一维管状结构, 与埃洛石具有相似的形貌。经过700℃和900℃炭化后的模板炭比表面积达到了945 m²/g和1147 m²/g, 孔容和中孔率也较埃洛石有了很大的提高。去除模板后得到的模板炭具有很高的纯度, 为无定形炭。升高炭化温度, 模板炭的拉曼特征参数R值降低, 热分解温度由563℃提高到623℃。同时, 对模板炭的形成过程及孔道形成机理进行了分析和讨论。     

表面活性剂模板法制备介孔材料

自从发现M41S系列介孔分子筛以来,人们对介孔材料的研究越来越活跃.在介孔材料的制备方面,用表面活性剂作模板来组装的方法有着重要的地位.对介孔材料的研究工作进行了简要介绍,讨论了介孔材料的形成机理、制备和影响介孔材料结构的因素.     

甲基萘沥青基有序中孔炭的制备及电化学性能

以1-甲基萘热溴化/脱溴聚合沥青为前驱体, 中孔二氧化硅SBA-15为模板, 采用液相浸渍法合成有序中孔炭。通过不同测试手段对中孔炭的微观结构和电化学性能进行了研究。当模板剂和沥青质量比为1:1, 升温速率为 1 ℃·min^-1, 碳化温度为900 ℃时, 所制备的中孔炭性能最优, 具有高度有序的二维六方孔道结构, 比表面积为675 m²·g^-1, 孔容为1 cm³·g^-1, 孔径集中在3.84 nm左右。该中孔炭用于Li-S电池的正极载体材料表现出良好的电化学性能, 在0.2C(1C=1675 mA·g^-1)电流密度下经300次循环后放电比容量和容量保持率分别为688 mAh·g^-1和67.1%, 在3C电流密度下比容量可达556 mAh·g^-1。     

模板剂去除方法对介孔氧化硅纳米球的影响

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,在碱性条件下反应,分别采用煅烧法和酸化乙醇回流萃取法去除氧化硅中的模板剂,获得了直径为100nm分布均匀的六方有序的介孔氧化硅纳米球(MSN)。通过热失重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)、小角度X射线衍射(SAXRD)和氮气吸附-脱附对MSN中CTAB的残余量和介孔结构进行了表征。结果表明:煅烧法能够彻底去除模板剂,萃取法只能去除80%左右的模板剂;随着萃取时间的延长和萃取次数的增加,MSN的孔径和孔容有所增加,其中6h回流萃取4次去除模板剂后得到的MSN的比表面积、孔容、孔径最大,分别为944.31m2.g-1、1.89cm3.g-1和2.56nm。     

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。     

十八烷基三甲基溴化铵为模板合成有序介孔氧化硅及其表征

利用表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵(STAB)为模板、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、盐酸为催化剂,在较低的表面活性剂浓度下(小于4%)合成了介孔氧化硅,并研究了不同的反应条件对介孔结构及有序度的影响。在热乙醇萃取或者高温煅烧除去模板剂之后,利用红外(IR)、X射线电子衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及N2的吸附-脱附曲线对合成的介孔材料进行了表征。结果表明,合成的介孔氧化硅具有MCM-41型有序的孔道结构、大的孔体积(不小于1cm3/g)和BET比表面积(不小于1400m2/g),孔径均一且分布较窄。     

有机金属盐基介孔碳的制备及其电化学性能研究

以乙二胺四乙酸钙为原料,采用直接碳化法制备介孔碳电极材料。N2吸附测试表明,所制备的碳材料为典型的介孔材料,材料的比表面积随着碳化温度的升高而增加,平均孔径呈现先增加后减小的趋势。电化学测试表明,CaC-700、CaC-800和CaC-900具有优异的电化学电容特性,在较高的输出功率下仍能保持较高的能量密度,说明介孔表面在高功率输出时能够得到较充分的利用。这类介孔碳在对能量密度和功率密度都有较高要求的场合具有良好的应用前景。     

Graphene‐Supported Mesoporous Carbons Prepared with Thermally Removable Templates as Efficient Catalysts for Oxygen Electroreduction

Graphene‐supported mesoporous carbons with rich nitrogen self‐doped active sites (N‐MC/rGO) are prepared by direct pyrolysis of a graphene‐oxide‐supported polymer composite embedded with massive, evenly distributed amorphous FeOOH that serve as efficient thermally removable templates. The resulting N‐MC/rGO catalysts exhibit high surface areas and apparent electrocatalytic activity for oxygen reduction reaction in alkaline media. Among the series, the sample prepared at 800 °C displays the best performance with a more positive onset potential, higher limiting currents, much higher stability, and stronger poison resistance than commercial Pt/C. This is ascribed to the synergetic functions of the highly conductive graphene support and the mesoporous N‐doped carbons that effectively impede the restacking of the graphene sheets and enhance the exposure of the rich nitrogen self‐doped active sites.