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2017年  第32卷  第1期

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Graphical Contents
2017, 32(1): .
摘要(230) PDF(724)
摘要:
石墨烯支撑三明治结构材料的可控合成及其在能量存储与转换中的应用
武卫明, 张长松, 杨树斌
2017, 32(1): 1-14. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60101-X
摘要(584) PDF(566)
摘要:
综述了石墨烯支撑三明治结构材料的可控合成及其在能量存储与转换中应用的研究进展。基于不同的微观结构，石墨烯支撑三明治结构的材料主要分为如下三类：石墨烯支撑的纳米粒子（0D），石墨烯支撑的纳米棒、纳米线及纳米带（1D），石墨烯支撑的纳米片（2D）。在这些复合材料中，石墨烯与相应功能材料间本征不相容的问题不仅得到有效解决，而且石墨烯可以作为电子传输的快速通道，有利于其能量存储与转换过程。本文为石墨烯或者类石墨烯材料支撑三明治结构复合材料的设计与合成提供了思路，这种具有特定结构的材料潜在广泛应用于催化、传感器、能量存储与转换等领域。
不同改性Hummers法合成氧化石墨
Roksana Muzyka, Monika Kwoka, Lukasz Smedowski, Noel Díez, Grazyna Gryglewi
2017, 32(1): 15-20. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60102-1
摘要(851) PDF(1205)
摘要:
通过不同的Hummers法和重铬酸钠氧化法，以商业石墨为原料，合成出不同氧含量和官能团的氧化石墨。采用元素分析、FTIR、XPS、SEM和XRD对氧化石墨进行化学和结构表征。重铬酸钾氧化能得到一种氧含量低的氧化石墨，主要形成羟基和环氧基。Hummers法是更有效的一种氧化方法。使用NaNO3氧化2 h，得到的氧化石墨具有最高的氧含量（>40 wt%），形成C-O和C=O键。SEM和XRD结果表明，在这些条件中，Hummers法合成的氧化石墨的石墨层间距最大。因此，用相同的氧化方法，通过改变反应条件能调控氧化石墨的化学结构。
还原剂气相反应和液相反应制备石墨烯的比较研究
常云珍, 韩高义, 肖尧明, 周海涵, 董建华
2017, 32(1): 21-26. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60103-3
摘要(504) PDF(621)
摘要:
在低于200℃下，以甲醛、甲酸为还原剂用两种不同的方法还原氧化石墨烯（GO）：一种是将GO与液态的还原剂反应（液相反应）；另一种是将GO与还原剂蒸气反应（气相反应）。分别研究了还原剂用量、还原温度和还原时间对还原的氧化石墨烯（rGO）电导率的影响，并通过X-射线衍射，X射线光电子能谱和拉曼光谱对代表性的rGO表征。结果表明：气相反应温度为150℃，而液相反应温度为175℃时rGO的电导率最大。与相对较短的反应时间相比，反应时间延长到24 h时，气相反应得到的rGO的C 1s峰相关的C-C和C-O的峰面积比（Rcc/co）明显下降，而液相反应得到的rGO的Rcc/co略增加。
支撑材料
多壁碳纳米管制备有机光伏电池
Samrat Paul, Bijumani Rajbongshi, Birinchi Bora, Ranjith G Nair, S K Samdarshi
2017, 32(1): 27-34. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60104-5
摘要(455) PDF(419)
摘要:
以芝麻油为原料，采用化学气相沉积法合成出多壁碳纳米管（MWCNTs），经功能化改性、切短后用作有机光伏太阳能电池的添加剂。该有机光伏电池以聚3-辛基噻吩为光敏分子，PCBM为激子离化剂。结果表明，添加MWCNTs与功能化且切短的fc-MWCNTs，有机光伏电池的功率转换效率能分别提高22%和40%。由于较高的空穴迁移率，激子离化后，P3OT产生空穴的收集和运输得到提高。功能化和切短的fc-MWCNTs增加了其在P3OT，PCBM中的分散性，进而提高功率转换效率。
Silicalite-1/ACF制备及对NO催化氧化NO2的催化活性
李裕, 李军平, 薛泽慧
2017, 32(1): 35-40. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60105-7
摘要(494) PDF(469)
摘要:
采用晶种浸渍和二次水热法制备了Silicalite-1/ACF复合催化材料，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和N2吸附和脱附等手段进行样品表征。结果表明，炭纤维表面清晰可见Silicalite-1包覆层，Silicalite-1/ACF复合材料的BET比表面积为826 m2·g-1，孔体积为0.42 cm3·g-1，平均孔径约为0.64 nm。在室温下研究了Silicalite-1/ACF复合催化材料对NO催化氧化NO2的催化活性，相对湿度高于25%时，NO催化转化率超过38%，Silicalite-1/ACF复合催化材料具有良好的抗水汽性能和催化活性，主要是由于包覆的Silicalite-1具有良好的疏水性能。
以低阶煤及生物质热溶萃取物为前驱体制备炭纤维
李显, 朱贤青, Kenshiro Okuda, 张宗, Ryuichi Ashida, 姚洪, Kouichi Miura
2017, 32(1): 41-47. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60106-9
摘要(647) PDF(667)
摘要:
采用热溶剂萃取法从低阶煤和生物质废弃物中获得了一种萃取物，此萃取物收率高达61%，在100℃左右开始软化。然后以此萃取物为前驱体，通过热熔纺丝-有机溶剂处理-缓慢氧化-炭化的方法制得了炭纤维。通过元素分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、电子显微镜（SEM）等对炭纤维的形貌结构、物相组成等进行了表征分析，结果表明此炭纤维的基本性质与商业炭纤维相似。本方法是一种具有一定实际可行性的炭纤维制备新途径。
氧化石墨烯/炭纤维/环氧树脂基复合材料的制备及其层间剪切性能
韩潇, 肇研, 孙健明, 李烨, 张金栋, 郝月
2017, 32(1): 48-55. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60107-0
摘要(614) PDF(620)
摘要:
利用预浸料技术热压工艺，制备了氧化石墨烯改性的炭纤维环氧树脂基复合材料。为获得更好的分散效果及加工性能，选用四氢呋喃作为溶剂来分散氧化石墨烯。结果显示：含有氧化石墨烯的混合胶液体系可稳定3 h左右，满足预浸料制备工艺要求；制得的复合材料单向层板层间剪切强度（ILSS）有较大提高，当氧化石墨烯含量为0.10%时，其达到96.14 MPa，与空白样板相比提高了约8.05%，玻璃化转变温度升高近5℃。断面形貌分析表明，上述显著提高可能是由于氧化石墨烯的加入使得环氧树脂增韧以及炭纤维复合材料的界面得到较大的改善所致。
无纬布/网胎叠层针刺C/C材料的制备及性能
李艳, 崔红, 郑蕊, 嵇阿琳, 周绍建
2017, 32(1): 56-62.
摘要(637) PDF(652)
摘要:
以无纬布/炭纤维网胎叠层针刺预制体为增强体，经化学气相渗透（CVI）联合沥青浸渍/高压炭化（HPIC）方法制备了针刺C/C材料，研究了该材料的热力学性能，并与整体毡C/C材料进行了对比。结果表明：针刺C/C材料室温及2 800℃下轴向拉伸强度分别为24.50 MPa和52.88 MPa，较整体毡C/C材料分别提高了138%和170%，且拉伸破坏模式为假塑性。针刺C/C材料热物理性能优于整体毡C/C材料，1 000℃轴向热膨胀系数仅为1.409×10-6/℃，相比降低了64%。针刺C/C材料优异的机械强度和良好的热物理性能为其在固体火箭发动机中的应用奠定了基础。
长寿命及高功率锂离子电池用多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能层复合隔膜
步爱秀, 谭勇, 方若翩, 李峰, 裴嵩峰, 任文才
2017, 32(1): 63-70.
摘要(995) PDF(859)
摘要:
隔膜是锂离子电池的重要组成部分，对隔膜进行材料及结构的优化可以提高锂离子电池的性能。通过在普通商用聚丙烯（PP）隔膜表面构建多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能层的方式获得了复合隔膜材料，通过涂布及常温液相处理的方法调控涂层的孔隙结构，使复合隔膜对电解液的吸附性能明显提高，功能层使复合隔膜具有优异的离子透过性和单侧（石墨烯层）导电性。与采用普通聚丙烯隔膜相比，功能层复合隔膜在低倍率（0.5 C）下的电极材料容量发挥相当。而在高倍率（5 C）下，功能层复合隔膜下，电池容量发挥非常突出，并且600次循环后的容量保持率接近100%，而采用常规PP隔膜，电池材料则容量快速衰减失效。
煤沥青与DOP共炭化对半焦结构的影响及其电化学性质
郭良成, 靳利娥, 钟存贵, 王颖, 曹青
2017, 32(1): 71-76.
摘要(599) PDF(540)
摘要:
将煤沥青（CTP）与邻苯二甲酸二辛酯（DOP）共炭化，研究了DOP同CTP共炭化对成焦结构产生的影响、热行为及半焦的电化学性质。共炭化所得焦化产物的显微结构分别用偏光显微镜、XRD和扫描电镜进行了观察；电化学性质和热行为分别采用电化学工作站和热重分析仪进行了研究。热重分析表明，DOP与CTP共炭化过程中失重速率变慢，说明期间发生了进一步的聚合反应，提高了聚合度；偏光显微镜和XRD分析表明，共炭化能够改善半焦结构的纤维组织，芳环的晶间有序堆积高度增大，晶面层间距离缩小；SEM进一步证实了共炭化过程有序性微晶结构的存在。同炭化CTP得到的半焦电化学性质相比，共炭化得到的半焦电子传输活性增大，有利于提高炭材料的电性能。
基于神经网络的炭气凝胶孔结构的预测与优化模型研究
杨榛, 乔文明, 梁晓怿
2017, 32(1): 77-85. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60108-2
摘要(476) PDF(416)
摘要:
如何控制和预测孔结构是炭气凝胶研究的重要课题。然而，由于耗时耗财，导致实验方法研究控制和预测孔结构成为难题。本文提出一种基于神经网络的炭气凝胶孔结构的预测与优化模型，并采用遗传算法设计和优化模型，对六种典型训练算法模型性能进行比较分析。利用该模型对孔径和吸附容量进行预测，两者的预测相关系数分别为0.992和0.981，预测均方根误差分别为0.077和0.054。经测试，该模型与实验研究的结果相符，并有效的应用于预测和控制炭气凝胶实验参数。
木质素酚醛树脂基泡沫炭的制备及其油水分离性能
曲江英, 韩庆, 高峰, 邱介山
2017, 32(1): 86-91. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60108-2
摘要(383) PDF(578)
摘要:
采用绿色处理过程从草本植物中提取14 wt%木质素，以该木质素取代25%苯酚制备酚醛树脂，并以木质素酚醛树脂为碳源、聚氨酯泡沫为模板制备泡沫炭，并研究其油水分离性能。结果表明，所得泡沫炭具有开放大孔、低密度、疏水亲油的性能，并对有机溶剂和油品展现出良好的吸附性能，其饱和吸附量可达其自身重量的12~41倍。泡沫炭吸附有机溶剂后可通过直接燃烧进行脱附，循环使用10次后，泡沫炭对植物油仍可保留83%的饱和吸附量。
MPCVD法同质外延生长单晶金刚石
严垒, 马志斌, 陈林, 付秋明, 吴超, 高攀
2017, 32(1): 92-96.
摘要(855) PDF(975)
摘要:
利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法在高温高压（HPHT）下制备的单晶片上进行单晶金刚石同质外延生长，研究了甲烷浓度和衬底温度对金刚石生长的影响。利用扫描电子显微镜与激光拉曼光谱仪对生长前后的样品进行表征。结果表明，利用HPHT单晶片上生长时，主要为层状生长和丘状生长模式，丘状生长易出现多晶结构。降低甲烷浓度能够降低丘状生长密度，提高金刚石表面平整度；金刚石生长速率随甲烷浓度、工作气压和衬底温度的增加而提高，但过高的甲烷浓度（72%）和衬底温度（1 150℃）会降低金刚石的质量。所生长出的单晶金刚石质量较为理想，衬底与生长层之间过渡比较自然，金刚石结晶度高，缺陷密度小，但随膜层增厚，非晶碳含量有所增加。

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