树叶基多孔碳材料的制备及其电化学性能研究

开发了一种简单、经济、环保、利用生物质快速生产具有优良电化学性能的碳材料的方法。利用梧桐树叶作为生物质原料制备多孔碳材料,对其结构、形貌和电化学性能进行分析和测试。结果表明:以梧桐叶为原料,碱碳比为3,活化温度为800℃,活化时间为2 h时,制备的多孔碳材料具有大的BET比表面积,其值为2 178 m2/g,孔径分布为2.5 nm,比电容达到304 F/g。当电流密度由0.25 A/g增加至20 A/g时,样品的容量保持率为82.6%。以树叶为原料制备的多孔碳材料展示出高电容和优异的倍率特性,有望在超级电容器等领域得到重要应用。     

离子液体溶解法制备超级电容碳及其电化学性能研究

文章以高纤维素废纸屑为原料，利用无机离子液体进行选择性表面溶解处理，得到具有润胀特性的胶状前驱体，在不同温度条件下热解制备生物质多孔碳。800℃下生物质多孔碳比表面积为1 276.3 m²/g,电化学测试结果表明，其具有较高的比电容(271 F/g),经过1 000次循环，电容保持率为90.3%。为了进一步提升超级电容器的电化学性能，在1 mol/L H₂SO₄电解液中加入15 g (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O,超级电容器的比电容得到显著提升，电流密度为10 A/g时，比电容为439 F/g,为原电容器(221 F/g)的2倍。研究结果可为生物质多孔碳超级电容器制备提供参考。     

MnO2/碳纳米球电化学超级电容器电极材料的制备与性能研究

利用水热法合成了纳米棒状的MnO_2/碳纳米球(CNPs)作为电化学超级电容器的电极材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射光谱分析(XRD)对样品的微观形貌、物相进行分析;利用循环伏安法和恒电流充放电测试材料的电化学性能.结果表明:纳米棒状MnO_2/CNPs复合材料具有良好的电化学性能.在0.1 A/g的电流密度,1 mol/L Na_2SO_4电解液中,电极材料的比电容高达305.6 F/g,远高于纯碳球的比电容(49.3 F/g),当电流密度增至5 A/g时,材料的比电容为235 F/g,比电容仍能保持76.9%.     

功能化多孔碳纳米球的制备及电化学性能

以聚吡咯(PPy)纳米球为前驱体,经1 000℃高温炭化后,采用KOH在750℃进行活化制备多孔碳纳米球(PCS),并利用对巯基苯胺(PATP)与PCS进行溶剂热反应对PCS进行功能化处理,制备了高密度的功能化多孔碳纳米球(PATP-PCS).结果表明,经过PATP功能化之后,低密度的多孔炭材料转变为高密度的功能化炭材料.PATP-PCS的体积电容在0.5 A/g时可达183.63F/cm~3;当电流密度增大到20 A/g时,体积电容仍有123.14F/cm~3,显示出优异的倍率性能;在电流密度为10A/g的条件下,经过3 000次恒流充放电循环后,其循环寿命高达94.7%,表明了突出的循环稳定性.     

氮掺杂多孔薄层石墨烯的制备、表征及电容性能研究

以氧化石墨烯(GO)为原料、硫酸铵((NH_4)_2SO_4)为动态气体模板剂,采用浸渍结合焙烧工艺制备了氮掺杂多孔薄层石墨烯(p-Gr).利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附-脱附(N_2adsorption-desorption)等手段对所得材料进行了表征,并考察了不同硫酸铵用量对所制材料电容性能的影响.结果表明,与未活化的石墨烯(Gr)相比(S_(BET)=70.5m~2/g),所制p-Gr-40具有更大的比表面积(S_(BET)=267.3m~2/g)、更为丰富的孔结构以及优异的电化学性能.在三电极超级电容器中,在电流密度为1A/g时,p-Gr-40比电容可达139.2F/g,远远高于Gr(56.5F/g);在对称两电极超级电容器中,在功率密度为160.03W/kg时,p-Gr-40的能量密度为12.98Wh/kg,其比电容在充放电循环10 000圈后仍保持基本不变.这些优异的电化学性能源于其多孔结构及杂原子(如氮)掺杂.     

MnMOF基多孔碳/氧化锰复合结构材料及其超级电容器性能研究

采用水热法制备了纯度较高的前驱体金属有机骨架化合物(Mn-MOF),并在不同温度下对其进行高温煅烧,得到了多孔碳/氧化锰(C/MnO)复合结构材料.运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对该多孔C/MnO材料进行结构表征,并通过循环伏安、恒流充放电等测试方法考察其作为电极材料的超级电容器的电化学性能.结果表明,制备的多孔C/MnO复合结构材料的比电容在800℃煅烧温度下电流密度为0.5 A·g~(-1)时达到最大,为375.0 F·g~(-1).此结果可为多孔C/MnO复合结构材料开辟新的研究方向.     

猕猴桃果皮制备杂原子掺杂多孔碳材料及其超电性能研究

果蔬企业在生产过程中会产生大量的果皮,这些废弃物目前还没有得到有效利用。本文以废弃猕猴桃果皮为原料,以氢氧化钾为活化剂,制备了杂原子掺杂多孔碳。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和氮气吸附-脱附(BET)等手段对制备的材料进行了表征,结果表明:采用果皮预碳化、活化的方法可以得到N、O、S杂原子原位共掺杂多孔碳;经过氢氧化钾活化后,碳材料的比表面积大幅增加,比表面积最高可达1698. 6 m~2/g。在三电极体系下对制备的碳材料超级电容器性能的评价结果表明:在氢氧化钾与猕猴桃果皮质量比1∶3时,电极材料具有最佳的超电性能;在扫描速率为5 m V/s时,材料的比电容为221. 1 F/g,同时具有良好的倍率性能和循环稳定性,经过4000次的长循环后,容量保持率为83. 2%。     

氮掺杂多孔碳的制备及其电化学性能研究

利用溶剂挥发结合高温热聚合法制备了氮掺杂多孔碳(NPC)材料,并通过SEM、TEM、TG、N_2吸附-脱附、XPS等表征手段对样品的微观形貌结构和元素组成进行了分析.结果表明,氮元素掺杂明显增加材料的比表面积和孔体积,当制备的氮掺杂多孔碳材料的含氮量为4.2%(原子分数)时,它的比表面积高达422.0m~2/g高于没有氮掺杂样品的301.1m~2/g.此外,采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对NPC材料的电化学性能进行了深入研究.测试结果表明氮元素掺杂能够明显增加材料的比电容量,降低材料的内阻,极大提高碳材料的电化学性能.在0.5A/g的电流密度下,通过氮元素掺杂使得材料的比电容从83.8F/g提高至162.8F/g,内阻值从1.39Ω降低至0.47Ω;并且所得的氮掺杂多孔碳样品具有良好的倍率性能和循环稳定性.     

棉秆基活性碳材料在柔性微型超级电容器中的应用

生物质碳材料具有高比表面积、轻质、可再生、价格低廉等优势,是一种很有前景的超级电容器的电极材料,随着电子器件的微型化,对储能器件的柔性也提出了一定的要求。为了满足人们对柔性电子器件日益增长的需求,解决储能器件小型化、柔性化等问题,本文利用氢氧化钾活化法,经过高温刻蚀棉花秸秆制备出具有多孔结构的碳材料,并将该材料制备成电极组装成微型超级电容器(MSCs),测试其电学性能。结果表明:当电流密度为0. 33 mA/cm时,比容量为32 mF/cm;弯曲直径在20 mm时,弯折2000次后仍有85%的电容保有量。本文以棉花秸秆为原材料制备MSCs的方法简单,且器件具有优异的电化学和机械性能,在未来柔性、小型电子器件领域具有广泛的应用前景。     

稻草秸秆基活性炭的制备及其电化学性能

以稻草秸秆为原料,在N_2气氛下,采用预碳化-碱活化的方法制备了活性炭材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附等手段进行表征.结果表明,当活化温度为700℃时,制备的活性炭比表面积为2 743 m~2/g.将其用于超级电容器的电极材料显示了较好的性能,当电流密度为5 A/g时,比电容可达到380 F/g,循环充放电1 000次后,比电容值约为首次比电容的85%,具有较好的循环稳定性.     

复合导电剂在超细炭微球超级电容器中的应用研究

导电剂能否在电极材料中形成良好的导电网络是影响超级电容器性能的关键因素之一. 以改进St?ber法合成了高比表面积且具有多级孔结构的超细空心炭微球,以其为电极材料,对比研究了碳纳米管/炭黑复合导电剂与单一导电剂对基于超细空心炭微球超级电容器性能的影响. 研究发现,在0.2 A/g的电流密度下,采用复合导电剂时其比电容为205.7 F/g,远高于单一导电剂时的比电容. 尤其在100 A/g的大电流密度下,采用复合导电剂时的比电容高达104.0 F/g,相比炭黑导电剂提高了275%. 分析表明,纤维状的碳纳米管和炭黑可在本身易团聚的超细空心炭微球中形成点-线协同作用的导电网络,这是提升超级电容器性能的主要原因.      

氮磷硫自掺杂竹炭用作锂离子电池负极材料（英文）

氮磷硫自掺杂竹炭的制备工艺简单、安全、绿色环保,这对于其他生物质材料制备复合材料具有一定的指导意义。以竹子（富含N、P、S成分）为碳源,KOH为活化剂,在氮气气氛下800℃高温活化和热解制备成多孔竹炭（BDC-800）,同时实现了N、P、S掺杂;BDC-800表现出1 911 m²/g的表面积和1.21 cm³/g的孔体积,且具有大量的分级多孔结构。BDC-800作为锂离子电池负极材料,在0.50 C速率下充电/放电可以提供681.4 mAh/g高储存容量;即使在2 C高速率下充电/放电循环700次,仍然保留390.1 mAh/g储存容量,具有良好的循环稳定性;在不同充电/放电速率下（在0.25, 0.50, 1.00和2.00 C对应的放电比容量分别为754.1, 697.8, 580.2 and 403.2 mAh/g）,表现出优异的倍率性能。BDC-800出色的电化学性能归因于高的表面积和分级多孔结构,以及N、P、S掺杂和众多表面缺陷引起的电容行为贡献。     

聚合物共混法制备超级电容器用多孔炭材料

以酚醛树脂为前驱体,以聚乙二醇为致孔剂,采用聚合物共混法制备超级电容器用中孔炭电极材料. 采用N2吸附法测试了炭材料的比表面积和孔结构参数. 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价了其在1mol·L-1Et4NBF4/PC有机电解液中的电化学双电层电容性能. 结果表明,酚醛树脂和聚乙二醇等比例共混炭化制备的多孔炭的比表面积为618m2·g-1,中孔率为59.7%,比电容为32F·g-1,大电流性能和循环性能良好.     

Bimetallic-organic coordination polymers to prepare N-doped hierarchical porous carbon for high performance supercapacitors

Single metal-organic coordination polymers have limited functions as precursors for porous carbon electrode materials.The construction of bimetallic organic coordination polymers can effectively utilize the advantages of each single metal-organic coordination polymer to improve the performance of the derived carbon materials.Herein,High performance nitrogen-doped porous carbon(BC_(Fe–Ni))have been produced by directly carbonizing bimetallic organic coordination polymers formed by 4,4'-bipyridine(BPD)reaction with Fe Cl_3and NiCl_2.The BC_(Fe–Ni) exhibits high nitrogen content(12.66 at%),large specific surface area(1049.51 m~2g~(-1))and hierarchical porous structure,which contributes to an excellent gravimetric specific gravity of 320.5 Fg~(-1)and 108%of specific capacitance retention after 10000 cycles.The BC_(Fe–Ni)assembled symmetrical supercapacitor shows an energy density of 18.3 Wh kg~(-1)at a power density of 350 W kg~(-1).It is expected that the as-prepared N-doped porous carbon derived from bimetallic-organic coordination polymer is a promising electrode material for high performance energy storage devices.     

MOF基多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

金属有机框架材料(MOFs)由于其具有较高的比表面积,可调节的孔隙结构,以及结构、功能多样性,使其作为前驱体在电化学等方面具有广阔的应用前景.采用水热法合成了金属有机框架材料[Zn₃(bpdc)₃(bpy)]·2DMF·4H₂O](ZBB),并以此为前驱体,通过炭化-活化法制备了多孔炭ZBBC-T-A,研究了不同炭化温度,不同的炭碱比对多孔炭微观结构及电化学性能的影响.结果表明:多孔炭ZBBC-800-1∶3是以微、介孔为主,且最大比表面积达2 294.6 m² ·g^-1;以6 mol·L^-1 KOH为电解液,在电流密度为1 A·g^-1时,其比电容为304.8 F·g^-1;电流密度从1 A·g^-1增加到10 A·g^-1时,电容损失率为21.26%;在1 A·g^-1的电流密度下,经过5 000次循环后,电容保持率为95.85%.其能量密度为8.06 Wh·kg^-1.     

NaOH为活化剂制备稻壳基高比表面积多孔炭

以氢氧化钠为活化剂制备稻壳基高比表面积多孔炭, 并对其活化机理进行了研究, 制备出比表面积超过2 500 m²/g、 孔径均一、 孔分布窄的多孔炭. 通过控制反应条件可以对多孔炭性能进行控制.     

分级多孔纳米炭纤维的结构及电容性能

以酚醛树脂为碳源、PVP为纺丝助剂、纳米MgO颗粒为模板剂,通过静电纺丝法制得酚醛树脂基纳米炭纤维,经过炭化、KOH活化、酸洗后得到分级多孔纳米炭纤维,利用SEM、XRD、XPS、拉曼光谱仪及氮气吸脱附实验,对所制多孔纳米炭纤维的结构和形貌进行表征,并将其作为模拟电容器的电极,利用循环伏安、恒电流充放电及交流阻抗方法测试了材料的电化学性能。结果表明,KOH活化引入了数量可观的微孔,所得纳米炭纤维表现出明显的"微孔-中孔-大孔"分级孔分布的特点,其比表面积达到1058.4m~2/g,总孔容为1.64cm~3/g。电化学测试结果表明,所制分级多孔纳米炭纤维在6mol/L KOH电解液中显示出优异的电容性能,在0.2A/g的电流密度下,其放电比容量达到198F/g,在20A/g电流密度下,电容保持率达到65%。     

无模板法制备多孔聚苯胺及其电化学性能

通过以极慢的速率滴加氧化剂水溶液方式,构建了受限的油水反应界面,在无模板条件下制备了多孔聚苯胺,并研究了产物的结构和用作超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明:产物为银耳状多孔结构,富含小于10 nm的中介孔.在电流密度为1 A/g时,充放电时间近似对称,比电容高达441 F/g,经2 000次充放电循环后,比电容损失率为27.3%,该聚苯胺表现出良好的电化学性能.     

孔道结构对有序介孔炭电化学性能的影响

以三嵌段共聚物（F127）为模板剂,间苯二酚（R）和甲醛（F）为碳前驱体,在外加的酸性条件下通过自组装的方法制得了F127/RF复合材料,然后经碳化处理得到具有高度有序孔道结构的介孔炭材料（OMCs）,通过XRD、TEM、N₂吸/脱附手段(77K低温下)对其进行结构表征。测试结果表明有序介孔炭材料的BET比表面积和总孔体积分别为770m²/g和0.65cm³/g。以有序介孔炭材料为电极制备超级电容器,对其进行直流恒流充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试,结果显示在电流密度为0.02A/g时OMC-3比容量为130F/g,100次充放电循环后电容量保持率在99%以上。     

三聚氰胺改性酚醛基多孔碳材料的制备及其二氧化碳吸附性能

采用浓乳液模板法制备三聚氰胺-间苯二酚-甲醛多孔树脂,将其热解后得到了可用于二氧化碳吸附的氮掺杂多孔碳材料。研究了浓乳液模板的分散相体积分数和三聚氰胺含量对多孔碳材料微观形貌的影响,结果表明,在浓乳液模板分散相体积分数为90%的条件下制备的多孔聚合物具有丰富的通孔结构。经过热解后,得到了兼具无机碳骨架和有机氮活性位点的氮掺杂多孔碳材料。进一步研究了不同热解温度和三聚氰胺含量对多孔碳材料二氧化碳吸附性能的影响,二氧化碳的吸附容量最高可达到3.32 mmol/g,同时表现出良好的选择吸附性和再生性。