模板剂对介孔碳孔道结构及有序性的影响

分别以三嵌段聚合物F127、P123以及P123/F127作为模板剂,酚醛树脂为有机碳源,采用溶剂挥发自组装法制备有序介孔碳材料。采用XRD,TEM和N2吸/脱附等手段对有序介孔碳进行表征,研究F127、P123及P123/F127复合模板剂对介孔碳孔道结构及有序性的影响。结果表明,使用单一模板剂时,F127较P123更易产生有序六方介孔结构;使用P123/F127复合模板剂,介孔碳有较好的二维六方有序性,介孔孔容和比表面积较单独使用F127作模板分别提高了50%与31%;当m(P123)/m(F127)=1/3时,所得介孔碳BET比表面积为498.5 m2/g,介孔孔容和比表面积分别为0.173 cm3/g和167m2/g,平均孔径为3.41 nm。     

中孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

以中孔硅分子筛SBA-15为模板,蔗糖为炭源,炭化温度为700℃制备中孔炭材料,利用透射电镜(TEM)和N2吸脱附等温线表征该材料的结构与形貌.以中孔炭材料为超级电容器的电极材料,组装成扣式电容器进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗、漏电流、自放电、循环寿命等电化学测试.结果表明:样品孔结构呈二维六角有序分布:该样品的孔体积为1.88 cm3/g,比表面积为1 394m2/g,具有典型的中孔结构和集中的中孔分布,它的最可几孔径为3.4 nm;制备的中孔炭作电极材料组装的超级电容器有良好的电化学性能,在500 mA/g的充放电电流密度下,循环10 000次的平均比电容高达95 F/g,比容量波动范围仅为-4%～4%.     

无机铝盐制备有序介孔氧化铝及其表征

以硝酸铝为原料、非离子型表面活性剂聚乙二醇为模板剂、碳酸铵为沉淀剂,采用沉淀法合成有序介孔氧化铝;通过热分析方法、X射线衍射、氮吸附平衡等温线和透射电镜等测试技术对合成样品进行了结构表征。结果表明,合成的有序介孔氧化铝比表面积为296m²/g、孔径分布窄（2.8～4.0nm）、孔容在0.45cm³/g以上,且孔道呈蠕虫状并具有一定的有序性。     

软硬双模板法制备双介孔炭及其储锂性能研究

以中间相沥青为前驱体,三嵌段共聚物F127和纳米CaCO_3分别为软硬模板剂,采用有机-无机自组装方式制备双介孔炭(BMCs)用作锂离子电池负极材料。借助XRD、Roman、SEM、TEM、氮气吸脱附及恒电流充放电测试对所制双介孔炭材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征,研究了软硬模板剂比例与热处理温度对其孔结构及电化学性能的影响。结果表明,当中间相沥青、三嵌段共聚物F127、纳米CaCO_3质量比为2∶1∶7时,所制备的双介孔炭材料电化学性能最佳,在100 mA/g的电流密度下,该材料首次放电比容量可达563.2 mAh/g,100次循环容量保持率为81.25%,在2000 mA/g的电流密度下,其放电比容量为206.3mAh/g;随着热处理温度的升高,双介孔炭孔道结构逐渐坍塌,其可逆储锂容量不断降低,在热处理温度为1800℃时降到最低值,当热处理温度进一步升高达到2300℃以上时,因石墨微晶排列有序度大幅提高,有利于锂离子的嵌入脱出,由此导致材料的可逆储锂容量又开始不断增加。热处理温度低于2300℃时,材料的储锂容量主要取决于其内部缺陷及孔隙,在2300℃及更高温度进行热处理时,材料的储锂容量主要为层间插锂容量。     

复合模板剂制备有序介孔氧化铝

采用溶胶-凝胶法以异丙醇铝为铝源,乙醇为溶剂,非离子表面活性剂TritonX-100和三嵌段共聚物P123为复合模板剂,制备了有序介孔氧化铝。用PSD、XRD、TEM等测试技术对样品进行了结构表征,实验结果表明,合成的有序介孔氧化铝比表面积大于500m²/g,孔容超过1.0cm³/g,孔径分布窄（2～12nm）,形成的蠕虫状孔道具有一定的有序性,与采用单一模板剂P123制得的介孔氧化铝相比具有比表面积大,孔分布窄,有序性好的优点。最佳模板剂配比为 n(TritonX-100)∶n(P123)=3∶1。     

硝酸改性的SAPO-11模板炭的孔径分布及电化学性能研究

利用质量分数为60%硝酸直接氧化以SAPO-11为模板、蔗糖为碳源、2步液相浸渍法合成的介孔炭,并对材料的形貌和结构进行了表征.结果表明,介孔炭的表面形貌和孔道结构发生了变化,且成功地修饰了含氧官能团,其比表面积由967.8 m2/g增大到1 015 m2/g,孔容由0.61 cm3/g提高到0.84 cm3/g.综合分析多孔炭材料在1 mol/L H2SO4电解液中的电化学性能,结果表明硝酸氧化后的多孔炭材料具有更大的比电容(189 F/g),比电容保持率达96.8%,以及较好的导电性和循环性能.     

孔径可调的介孔磷酸铈的合成

采用中性表面活性剂十八胺为模板剂、硫酸铈为铈源，在水热条件下合成具有介孔结构的磷酸铈。通过X-射线衍射、透射电镜、高倍透射电镜和液氮吸附手段对介孔磷酸铈的介观结构、微观形貌和孔道结构进行了表征。结果表明，该材料是的有序的层状相介孔，层间距为2～3nm。产物主晶相为结晶性良好的单斜晶系的独居石磷酸铈，次晶相为正交晶系的磷酸铈。调整无机铈源与表面活性剂的摩尔比，实现磷酸铈介孔孔径在5.5～9.8nm之间可调。该介孔材料的最大比表面积高达113m²/g，孔体积为0.25mL/g。     

酚醛树脂基活性炭微球的制备及其电化学性能

以苯酚和甲醛为原料,盐酸为催化剂,制备醇溶性酚醛树脂前驱体,探讨炭化温度对炭微球性能的影响,并将炭微球在3 mol/L HNO3溶液中活化后得到活性炭微球。利用红外光谱、X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安、恒流充放电、循环寿命等对该材料进行表征及电化学性能测试。研究结果表明:炭微球的最佳炭化温度为750℃,在该温度下制备的炭微球具有良好的球形形貌,其结构为部分石墨化的无定形炭;活性炭微球作为电容器电极材料具有良好的电化学性能,在1 mV/s扫描速度下比电容达到247.8 F/g;在0.5 A/g电流密度充放电下扣式超级电容器比电容高达60 F/g,且充放电循环5 000次后比电容几乎没有衰减。     

淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用

以淀粉为原料,分别采用H₃PO₄活化法和物理-化学复合活化法制备活性炭,并将制备的活性炭组装成超级电容器。研究了制备工艺对活性炭孔结构及电容特性的影响;通过氮气吸附和SEM方法表征了淀粉基活性炭的孔结构和表面形貌,通过循环伏安曲线、恒流充放电、交流阻抗实验考察了其电化学性能。结果表明,比表面积与比电容并没有线性关系;物理-化学复合活化法在温度为850 ℃、活化时间为2h条件下,制备的淀粉基活性炭比表面积为1438 m²/g,比电容为150 F/g。     

间苯三酚/甲醛和三嵌段共聚物F127一步合成介孔炭材料

以间苯三酚/甲醛为碳前体,三嵌段共聚物F127为模板剂,采用有机-有机自组装法制备有序介孔炭（OMC）材料,系统研究了乙醇和水混合溶剂的极性及合成温度对介孔炭结构的影响,并利用N2吸-脱附和小角X-射线衍射技术对合成的OMC材料进行了表征.结果表明：混合溶剂中乙醇的摩尔分数较高时,合成的OMC样品孔径和孔容较大,具有有序的介孔结构;而当溶剂中乙醇的摩尔分数较低时,合成材料的孔径和孔容明显减小,且介孔孔隙率和有序度都降低;在纯乙醇及乙醇-水混合溶剂中,随着反应温度的升高,合成OMC材料的BET比表面积、孔容和孔径均减小,微孔比例增加,且反应温度对乙醇-水混合溶剂中合成的OMC材料的结构影响更明显.     

MnO2/碳球复合材料的制备及其电化学性能的研究

利用碳球为还原剂,在中性KMnO₄溶液中制备出MnO₂/碳球复合材料,并对其结构和电化学性能进行了研究。结果显示,随着碳球含量的增加,MnO₂/碳球复合材料的循环稳定性提高,但比电容量降低;当碳球质量分数为35%时,MnO₂/碳球复合材料的比电容量在50mA/g的电流密度下达到181F/g。分别采用KOH活化和混酸氧化的碳球为还原剂,可以有效地提高MnO₂/碳球复合材料的比电容量和循环稳定性,相应复合材料的比电容量分别达到192F/g和218F/g,而且经过500次的充放电测试,仍然保持为184F/g和192F/g。     

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%。     

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.     

炭凝胶的制备及其电化学电容性能

采用新型聚合物混合法,在合成炭前驱体聚合物的单体溶液中混入热不稳定的聚乙二醇,制得了比表面积达710m2/g,平均孔径为2.8nm的新型中孔炭干凝胶PEG-RF炭.X射线衍射、热重分析及N2等温吸脱附测试结果表明,炭前驱体的微相分离结构和热稳定性较差的聚乙二醇的存在导致了炭干凝胶中孔特征孔隙结构的形成.在30％H2SO溶液中,对PEG-RF炭和比表面积迭1720 m2/g的微孔T82型活性炭的电化学电容性能进行了对比研究。研究结果表明:当放电比电流为0.2A/g时,PEG-RF炭和T82型活性炭的比容量分别为36F/g和48F/g;当放电比电流增至1A/g时,PEG-RF炭和T82型的比容量分别为105F/g和94F/g;PEG-RF炭具有比T82型活性发更优异的电化学电容性能,两者孔隙结构的差异导致了炭凝胶电化学电容性能的差异.     

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%.     

沥青基活性碳纤维的电容特性

以通用级沥青碳纤维为原料,经催化活化制备了用于超级电容器电极材料的活性碳纤维,对比了未浸渍钴盐活化、浸渍钴盐活化并用稀酸清洗前后活性碳纤维的孔结构及其孔径分布。采用直流循环充放电、循环伏安以及交流阻抗表征了活性碳纤维电极电化学性能,组装成硬币式两电极模拟电容器测试其循环性能和漏电性能。结果表明,与未浸渍钴盐活化工艺相比,浸渍钴盐活化使得活性碳纤维表面大孔和中孔结构明显增加,经稀酸清洗后的活性碳纤维表面孔隙结构更加丰富; 浸渍钴盐活化并用稀酸清洗所得活性碳纤维电极的比电容高达197F/g,较未浸渍钴盐活化样品提高50%; 在1.5A/g的条件下充放电,其比电容为163F/g,经2000次循环后电容量提高了23%。     

聚苯胺/活性炭复合材料电容性能研究

以商品化活性炭为原料，在1mol／L盐酸环境下采用原位聚合法制备了聚苯胺／活性炭复合材料（PANI／C），复合材料中聚苯胺的质量分数为46．4％．用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试等方法考察比较了新材料与原活性炭在1mol／L H2SO4溶液中的电容性能．结果表明，新材料的比容量和大电流充放电性能均优于碳材料．3．0mA／cm^2电流密度下，复合材料电极比容量高达448．7F／g，比原碳材料提高60％．     

基于生物质废料玉米秸秆多孔碳的合成、表征及电容性能研究

以玉米秸秆为碳源、ZnCl_2为刻蚀剂,通过调控玉米秸秆与ZnCl_2的相对用量得到一系列多孔碳材料(YAC-x).利用XRD、Raman、XPS、TEM、N2adsorption-desorption等手段对其进行表征,并利用三电极超级电容器体系测试其电化学性能.结果表明,与未经刻蚀的玉米秸杆碳(YC)相比,所制多孔碳材料具有更丰富的孔结构及更为优异的超级电容性能,其中YAC-4最为突出,当电流密度为1A/g时,比电容为236.8F/g,这是源于其大的孔容(Vp=1.11cm~3/g)和高比表面积(SBET=2060m~2/g).     

氢氧化钾活化法制备淀粉活性炭电极材料

以KOH为活化剂、氧化交联淀粉为原料制备了超级电容器用电极材料.最佳工艺条件是:活化温度850℃,活化保温1.5 h,碱炭质量比为2∶1.在该条件下制备的淀粉活性炭具有较高的比表面积(1 493.9 m2/g)和高比容量(218 F/g).通过氮吸附表征其孔结构.以其作为电极材料组装在模拟超级电容器中进行充放电性能和循环伏安法测试,在300 mg/g KOH水系电解质溶液、较高电流密度下,最佳制备工艺条件下所制备的活性炭表现出较好的电容特性.     

K2FeO4石墨化生物质多孔炭的制备及其电容性能

采用K₂FeO₄浸泡和热处理相结合的方法制备了石墨化柚子皮多孔炭(GSPC). 通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对材料的形貌和组成进行表征. 使用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)和恒流充放电法(GCD)研究了GSPC的电容性能. 结果表明:石墨化后材料的比表面积由75.91 m2/g增大到619.78 m2/g,孔容积由0.192 cm3/g增大到0.425 cm3/g;GSPC具有出色的双电层电容性能,在1 A/g的电流密度下,比电容达254 F/g,且具有优异的倍率性能(7 A/g的电流密度下,电容保持率为74%). 此外,GSPC电极在100 mV/s下循环10 000次的比电容没有衰减,具有优异的循环稳定性. 此研究可为开发廉价的高性能生物质炭基材料提供新思路.