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.     

硼掺杂多孔碳的构筑与储钾性能研究

碳材料具有来源广、易制备等优点,是极具潜力的钾离子电池负极材料.以葡萄糖为碳前驱物,四硼酸钠为硼源,氯化钠为模板,制备了硼掺杂多孔碳.材料表征结果表明,硼掺杂多孔碳由超薄多孔碳纳米片组装而成,具有三维网络结构、较大的比表面积(577.8 m2/g)及孔体积(0.66 cm3/g).当用作钾离子电池负极材料时,该硼掺杂多...     

高内相乳液模板法制备聚氨酯多孔材料

选用反应性乳化剂聚甘油蓖麻醇酯(PGPR),采用高内相乳液模板法成功制备得到了孔径均匀可调的聚氨酯多孔材料,并通过扫面电子显微镜和数码相机等方法研究了异氰酸酯单体与乳化剂匹配性、乳化剂用量、水相含量等因素对体系的影响。分析结果表明,PGPR不仅作为乳化剂,还能与异氰酸酯单体反应,形成高粘度壁垒层,提高了高内相乳液的稳定性;乳化剂含量在50 wt%以内时,可得到孔形貌为球形的多孔聚氨酯材料;随着分散相水含量的增加,聚氨酯孔径逐渐减小且孔壁塌陷较少。     

锌铜多孔碳复合材料制备及其吸附碘研究

为了提升吸附材料对放射性碘的去除效果，以溶剂热法制备了锌铜双金属有机框架材料(Zn/Cu BTC),并以此为模板可控热解得到了具有高效吸附性能的锌铜纳米多孔碳(Zn/Cu@NPC)材料。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和比表面积分析等手段对材料的形貌结构、物化性质进行表征。结果表明：热解得到的Zn/Cu@NPC保持了Zn/Cu BTC的正八面体拓扑结构，表面出现氧化锌(ZnO)纳米颗粒，过渡金属锌的引入有效提升了材料比表面积。Zn/Cu@NPC表现出优异的碘离子吸附性能，吸附容量为212.5 mg/g,是单金属Cu@NPC吸附容量的3.99倍。该材料耐酸碱性、选择吸附性能良好，且再生循环吸附5次后吸附容量可保持首次吸附的90%。     

钴掺杂含氮碳气凝胶的制备及性能研究

以三聚氰胺、甲醛为原料,钴盐为金属前驱体,采用溶胶-凝胶法制备氮掺杂的有机气凝胶及含过渡金属的氮掺杂气凝胶,并通过高温炭化得到钴掺杂含氮碳氧还原电催化材料.在酸性介质中,通过旋转环盘电极研究金属复合的氮掺杂炭气凝胶的电化学氧还原活性.     

石油焦预氧化及多孔碳的制备

以石油焦和含油污泥为原料,在活化剂的作用下共同热解制备多孔活性炭材料。将得到的多孔碳进行碘吸附值、苯吸附值、BET等测定,确定多孔碳的比表面积及孔结构。研究硝酸预处理石油焦对多孔碳性能的影响以及微波功率和微波辐照时间对多孔碳的影响。结果表明:经硝酸氧化处理所得的活性炭吸附性能明显提高;微波功率越高对物料的活化作用越好,经微波活化的活性炭吸附性能越好;在微波功率800 W条件下,比表面积最大为1 396.91m2/g;微波加热时间约30 min可获得明显的催化效果。     

超交联多孔碳的制备及其对甲苯吸附性能研究

为了探索一种富有针对性且行之有效的甲苯蒸汽处理工艺,以苯、吡咯和噻吩为单体,通过傅—克烷基化反应将其超交联形成的三种表面基团不同的超交联聚合物;并以该三种聚合物为碳源,以KOH为活化剂对超交联聚合物碳化热解,形成具有大比表面积和孔体积的超交联多孔碳(HPC-B、HPC-P、HPC-T),并考察了不同元素掺杂所得到的多孔碳对甲苯蒸汽吸附性能的影响。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、比表面积分析仪等对材料的表观形貌、表面基团、比表面积及孔道分布进行分析,并研究了在不同温度下三种材料对甲苯和水蒸气的吸附等温线。结果表明:以苯、吡咯和噻吩为碳源所制备的三种超交联多孔碳(HPC-B、HPC-P、HPC-T)均为BET比表面积超过2 000 m~2/g微孔超交联多孔碳;在298 K下,HPC-B、HPC-P、HPC-T对甲苯的吸附量分别为7.6、5.2、4.7 mmol/g。三种材料均表现出对甲苯优异的吸附能力。     

Zn(NO_3)_2改性多孔碳的制备及其吸附液蜡油中芳烃的研究

为探讨Zn(NO_3)_2改性多孔碳的制备以及其对液蜡油中芳烃的吸附性能,以三聚氰胺为氮源,柠檬酸钙为碳源,硝酸锌为造孔剂,制备了多孔碳材料.利用氮气吸附/脱附、XRD、FT-IR、SEM、拉曼光谱等对产物的形貌和结构进行了表征,并探讨了多孔碳对液蜡油中芳烃的吸附行为.结果表明:硝酸锌改性的多孔碳材料具有更高的比表面积(827.5 m~2·g~(-1)),并较液蜡油中的芳烃具有更好的吸附性能(吸附量qe高达32.45 mg·g~(-1)),远高于商业活性碳、硅胶和10X分子筛.     

介孔型氮硫双掺杂石墨烯的制备及其电化学性能研究

以氧化石墨烯为碳前驱体,分别采用二氧化硅和过硫酸铵为模板剂和氮硫源,通过煅烧热解及后续去模板工艺制备了介孔型氮硫双掺杂石墨烯(MNSG).采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的形貌、结构和组成进行分析;同时采用恒电流充放电和线性扫描等技术对材料的电容和氧还原性能进行测试.研究表明,相比于不加二氧化硅直接合成得到的氮硫双掺杂石墨烯, MNSG具有卷曲的薄片形貌,更大的比表面积和孔尺寸、更高的缺陷度和掺杂量.当其用作电容和氧还原电极材料时, MNSG表现出更优异的电容和氧还原性能.     

PIP法制备孔径可调的有序多孔C/SiC复合材料

通过对原生态木材进行可控炭化,得到了保留木材生物形态的多孔炭模板(BPC),用有机硅烷前驱体对此模板浸渍进而裂解(PIP),可制备出孔径有序且大小可调的多孔炭/碳化硅复合材料(BPC/SiC).采用XRD,SEM,氮表面吸附等方法研究了复合材料的微观结构、抗氧化和力学性能等.结果表明PIP裂解产物为微晶态SiC,与多孔炭模板内表面结合良好,使炭模板氧化起始温度及峰值温度均提高150℃;控制浸渍剂浓度和浸渍次数,可控制复合材料的孔径尺寸和形状;浸渍-热解5次循环时,复合材料径向抗压强度可达56.7 MPa,6次循环时,轴向抗压强度可达17.0 MPa.     

Preparation of N-doped porous carbons via high internal phase emulsion template

Heteroatom doped porous carbon materials have great application prospects in supercapacitors. In the present study, an approach of preparing N-doped porous carbon(NPC) was proposed from porous poly(resorcinolformaldehyde-melamine) monoliths which were prepared by high internal phase emulsion(HIPE) template.Melamine was dissolved in the external phase and copolymerized, acting as the N source and porous structure regulator to provide micropore-dominant NPCs. The structure, morphology, specific surface area(SSA), and chemical composition of the samples were systematically studied. With melamine content increasing, N-doping content in NPC increased while the SSA of NPC increased at first and then decreased. When the content of N is 8.42 wt%, the obtained NPC showed the highest SSA of about 1670 m~2 g~(-1). Furthermore, high N doping content could improve the electronic conductivity and provide additional pseudocapacitance of NPC. Under the combined influences of proper N content and high porosity, the prepared NPC electrodes revealed excellent specific capacitance(228.0 Fg~(-1) at 1.0 A g~(-1), favorable circling stability, and prominent rate capability in a threeelectrode system with 6 M KOH solution as the electrolyte.     

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%。     

聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的电化学性能研究

采用树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯4种气凝胶作为前驱体,经直接碳化后获得了氮掺杂连续的纳米碳.研究了聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的微观形貌结构、元素组成以及电化学性能.结果表明,树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯气凝胶衍生的纳米碳具有连续的多级孔结构,其比表面积分别为273.9、487.7、241.4和295.9 m2·g-1,氮的摩尔分数分别高达7.82％、9.62％、7.91％和10.17％,在0.5 A·g-1的电流密度下分别具有高达268、311、280和362 F·g-1的质量比电容,且倍率性能和循环稳定性能优异.     

PAN基中空活性炭纤维的制备及性能研究

讨论了用聚丙烯腈（PAN）基中空纤维为原料，采用KOH活化法制备中空活性炭纤维（ACHF）的活化过程。考察不同KOH质量浓度对中空活性炭纤维性能的影响。测量了比表面积和得率，孔径分布，用碘吸附值、亚甲基兰吸附值测定了中空活性炭纤维的吸附性能，用SEM观察了其表面结构。结果显示，KOH活化法得到的中空活性炭纤维具有窄的孔径分布，较大的比表面积和较高的得率。     

球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉对Pickering乳液形成的影响

为了提高淀粉颗粒的乳化能力,以球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉为颗粒乳化剂,大豆油为油相,制备水包油型Pickering乳液。采用激光粒度仪、研究级正置显微镜、流变仪等对Pickering乳液外观、液滴粒径、显微形态及动态流变特性进行表征,考察淀粉颗粒质量浓度(1、5、10、20、30mg/mL)和油相体积分数(10%、20%、30%、40%、50%)对乳液稳定性和流变特性的影响。研究发现:增加颗粒质量浓度导致乳化相体积增加,液滴粒径减小;随着油相体积分数的增加,乳化相体积增加,液滴粒径增大。当颗粒质量浓度为20mg/mL,油相体积分数为40%时,乳液的乳析现象明显改善。球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉颗粒吸附在油/水界面,有效抵抗了液滴聚结,使乳液在储存30d后仍表现出良好的稳定性。流变特性表明:乳液内部存在弹性凝胶网络结构,随着颗粒质量浓度和油相体积分数的增加,液滴间堆积变得更紧密,从而增加了乳液黏度和凝胶强度,使其抵抗形变能力增强。球磨-酯化复合改性槟榔芋淀粉颗粒具有良好的作为Pickering乳液稳定剂的潜力。     

多孔炭的物理化学性能对其吸附性能的影响

通过多孔炭对酚类化合物、 Cr(Ⅵ)和I₂的吸附, 研究了多孔炭的表面物理化学性能对不同电性物种吸附能力的影响. 发现多孔炭对酚类化合物及Cr(Ⅵ)的吸附以化学吸附为主, 其中对酚类化合物的吸附由羧基与内酯基的表面密度合量决定, 对Cr(Ⅵ)的吸附由表面官能团中羧基和内脂基含量的合量决定; 多孔炭对I₂的吸附以物理吸附为主, 由孔容决定.     

Graphene-manganese oxide hybrid porous material and its application in carbon dioxide adsorption

Graphene-Mn3O4 (GMNO) hybrid porous material is prepared by a hydrothermal method and its performance in carbon dioxide adsorption is investigated.In the synthesis of the GMNO materials,MnO(OH)2 colloid obtained by the hydrolysis of Mn 2+ in basic solution was using as the precursor of the Mn3O4.After a hydrothermal reaction of the mixture of graphene oxide (GO) and MnO(OH)2,GO was reduced into graphene and the MnO(OH)2 was transformed into Mn3O4 with enhanced crystallization.X-ray diffraction,thermal gravimetric analysis,transmission electron microscopy,infrared spectra and Raman spectroscopy were taken to characterize the hybrid material.The porosity and the carbon dioxide adsorption ability are measured by gas sorption analysis,in which the as-prepared GMNO hybrid materials exhibit a specific surface area ranging from 140 to 680 m2g-1 and a maximum carbon dioxide capacity of about 11 wt%.     

Colossal cages in zeolitic imidazolate frameworks as selective carbon dioxide reservoirs

Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are porous crystalline materials with tetrahedral networks that resemble those of zeolites: transition metals (Zn, Co) replace tetrahedrally coordinated atoms (for example, Si), and imidazolate links replace oxygen bridges. A striking feature of these materials is that the structure adopted by a given ZIF is determined by link-link interactions, rather than by the structure directing agents used in zeolite synthesis. As a result, systematic variations of linker substituents have yielded many different ZIFs that exhibit known or predicted zeolite topologies. The materials are chemically and thermally stable, yet have the long-sought-after design flexibility offered by functionalized organic links and a high density of transition metal ions. Here we report the synthesis and characterization of two porous ZIFs-ZIF-95 and ZIF-100-with structures of a scale and complexity previously unknown in zeolites. The materials have complex cages that contain up to 264 vertices, and are constructed from as many as 7,524 atoms. As expected from the adsorption selectivity recently documented for other members of this materials family, both ZIFs selectively capture carbon dioxide from several different gas mixtures at room temperature, with ZIF-100 capable of storing 28 litres per litre of material at standard temperature and pressure. These characteristics, combined with their high thermal and chemical stability and ease of fabrication, make ZIFs promising candidate materials for strategies aimed at ameliorating increasing atmospheric carbon dioxide levels.     

高内相稠油油包水乳状液流变性研究

稠油形成的高内相W/O乳状液,其流动性对生产有很大影响,研究表明W/O乳状液流动特征可以用幂律模式描述,具有剪切稀释性,粘度与温度服从指数关系。随着内相体积浓度的增大,乳状液粘度会出现一个最大值,此时的内相体积浓就是乳状液的转相点。在内相体积浓度小于转相点时,粘度随内相体积浓度的增大粘度增大;在内相体积浓度大于转相点时,粘度随着内相体积浓度的增大粘度下降。在内相体积浓度大于转相点后,乳状液会由W/O型转变为O/W型,转相有一个过程。同时随着内相体积的增大、剪切速率的增大和温度的升高乳状液稳定性下降。高内相乳状液已经具有了粘弹流体的某些特征。本次研究在稠油生产中具有一定的理论意义。     

单金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展

现阶段,电子仪器和设备受到空前关注,但是电磁波污染问题也随之加剧,电磁吸波材料可以保护人体和仪器设备免受其干扰,而且对于军用设备的隐身也会起到重要的作用。金属有机框架(MOFs）是一种三维多孔结构,其合成方法简单,尺寸形貌和孔径大小可控,形状结构稳定。其衍生的多孔碳材料因具有较强的导电性和较大的比表面积等优点使其成为热门的应用材料。在微波吸收领域,MOF 衍生多孔碳材料也展现出巨大潜力。文中从 MOF 的中心金属出发,对单金属 MOF 衍生多孔碳材料的研究现状和吸波原理进行了介绍,详细总结了其在微波吸收领域的研究进展,并综合上述进展分析了单金属 MOF 衍生多孔碳做吸波材料存在的问题 最后对其未来发展方向做出了展望和预测