新型炭材料

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2019, 34(3): .

摘要(112)

PDF(117)

摘要:

纺丝中间相沥青的制备与表征

史景利, 马昌

2019, 34(3): 211-219.

摘要(1039)

PDF(493)

摘要:
中间相沥青炭纤维在模量和导热方面具有优于其它炭纤维的性能，但人们对中间相沥青的认识还不尽完善。本文从纺丝沥青的制备方法和沥青的表征两个方面进行了分析并归纳总结。通常以石油重质油或煤沥青为原料，经多重工艺手段的实施，可以制得合适的纺丝中间相沥青。虽然纺丝中间相沥青的表征有很大进步，但相关参数为生产所能提供的技术信息还是有一定的模糊性。新的表征手段的普及和出现，使研究者对中间相沥青及其炭纤维的认识不断提高。鉴于中国与日美的巨大差距，相关研究应进一步加强。

石墨烯基材料应用于水污染物治理领域的研究进展

孟亮, 孙阳, 公晗, 王平, 乔维川, 甘露, 徐立杰

2019, 34(3): 220-237.

摘要(1852)

PDF(722)

摘要:
石墨烯由于其独特的性能在水污染治理领域成为一种极具潜力的环境功能材料。本文综述了近几年石墨烯、氧化石墨烯及其复合材料在水污染物治理中的四方面典型应用，即作为吸附剂、光催化剂、电催化氧化剂和其它催化氧化剂（活化H₂O₂、过一硫酸盐）。从不同类型的水污染物角度出发，分类概述了针对重金属离子、染料类污染物、新兴环境污染物和一些无机营养元素的处理过程中石墨烯的添加对材料功能及体系作用机理的影响，还综合分析了一些重要水环境因子（如pH值，污染物浓度等）、催化剂自身的性质和石墨烯掺杂量等因素对污染物去除效率的影响。最后，针对目前石墨烯基材料在水污染治理领域的研究应用存在的问题做了总结并展望了今后研究的方向。

四氢萘为良溶剂液/液界面法制备多级C₆₀晶体

张琳雯, 周升菊, 陈孟军, 尹克样, 李洪光

2019, 34(3): 238-246. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60013-2

摘要(284)

PDF(164)

摘要:
采用液/液界面法制备了不同形貌的多级C₆₀结构。以四氢萘作良溶剂，异丙醇、乙醇、甲醇作不良溶剂，通过优化实验条件，成功制备了形貌特殊、界面清晰的C₆₀晶体结构。此晶体表面粗糙度能通过乙醇洗涤得到进一步提高。通过对晶体内部形貌的观察，证实了晶体的多级自组装结构。红外、拉曼光谱和热重分析表明晶体仅由C₆₀组成，不含溶剂分子。在纳米尺度上，通过X-射线衍射证实了分子水平上C₆₀分子按照面心立方结构方式排列。此法制备的多级结构C₆₀晶体比高温转变、溶剂热处理等方法更为简易，为多级材料制备提供了一条新路径。

大蒜皮基多孔炭材料的水热法制备及其CO₂吸附性能

黄格格, 刘亦菲, 吴星星, 蔡进军

2019, 34(3): 247-257. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60014-4

摘要(758)

PDF(293)

摘要:
以大蒜皮为碳源，先采用水热法制备炭前驱体，再经KOH活化法制备了高比表面积和高孔体积的多孔炭材料。采用氮气吸附仪、扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）仪对所制多孔炭的孔结构和形貌特性进行表征。结果表明，活化温度对多孔炭材料的比表面积和孔体积影响较大，当活化温度为800℃和KOH/炭前驱体浓度比为2时，得到的多孔炭材料（AC-28）比表面积和孔体积分别高达1 262 m²/g和0.70 cm³/g；当活化温度为600℃和KOH/炭前驱体浓度比为2时，多孔炭材料（AC-26）比表面积和孔体积分别为947 m²/g和0.51 cm³/g。虽然AC-26样品的比表面积和孔体积均较低，但其微孔率高达98%，使得此材料CO₂吸附性能优异，在25℃和1 bar时的CO₂吸附量高达4.22 mmol/g。常压下影响多孔炭材料中CO₂吸附量的主要因素是微孔率，并不是由比表面积和孔体积决定。当具有合适的孔径结构和比表面积时，生物质基多孔炭材料中微孔率的增加会有效增加CO₂吸附量。

改性石油沥青和煤沥青共炭化对焦形成的影响

董亚威, 邢国政, 靳利娥, 李平, 曹青

2019, 34(3): 258-266. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60015-6

摘要(548)

PDF(230)

摘要:
研究了不同比例溴化石油沥青（Brominated petroleum pitch，BPP）和精制煤沥青（Refined coal tar pitch，RCTP）在苯甲酰氯存在下得到的沥青（Synthetic pitch，SP）性质以及共炭化对焦结构有序性产生的影响。利用红外光谱仪、氢核磁共振仪、热重仪和黏度仪对SP性质和炭化行为进行分析表征。所得半焦和焦的光学组织分别通过偏光显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行了观察。结果表明，由10 wt%溴化BPP （6 h）得到的沥青（Typical synthesized pitch，TP）炭化产率可达50.1 wt%；与未溴化石油沥青相比，BPP与RCTP共炭化产生的半焦，其有序性得到了提高，晶格参数d₀₀₂和L_c得到改善。说明石油沥青中溴的引入增加了同RCTP的反应活性，有利于改善焦的结构。

多孔炭纳米球水相吸附四溴双酚A的性能

段菲菲, 秦蕾, 陈朝秋, 杨永珍, 覃勇, 刘旭光

2019, 34(3): 267-274.

摘要(425)

PDF(163)

摘要:
以葡萄糖为原料，采用水热法制备了多孔炭纳米球（PCNs）。以该多孔炭纳米球为吸附剂，研究其对水中四溴双酚A （TBBPA）的吸附性能。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和热重分析仪考察了PCNs的结构及形貌特征。水分散性实验表明，PCNs能在水中均匀分散，且经12 h静置后可以自然沉降，有利于吸附后从溶液中分离。考察了吸附时间、温度、TBBPA浓度、溶液pH值以及盐度对吸附的影响。结果表明，PCNs对TBBPA具有良好的吸附能力，吸附量达到10.91 mg/g；吸附动力学过程可以用准二级速率方程描述，吸附等温线可用Langmuir方程拟合。溶液pH和盐度对吸附均有影响，中性环境有利于吸附的进行，PCNs是一种潜在的水处理材料。

粉体石墨烯对铝基复合材料微观结构和性能的影响

王剑, 郭丽娜, 林万明, 陈津, 刘春莲, 陈少达, 张帅, 甄甜甜

2019, 34(3): 275-285. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60016-8

摘要(358)

PDF(150)

摘要:
采用机械合金化与电场压力激活辅助烧结工艺相结合的方式，分别制备纯Al和GNPs/Al复合材料，探究粉体石墨烯对铝基复合材料微观结构和性能的影响。结果表明：通过优化烧结工艺有效地抑制化合物Al₄C₃在GNPs/Al复合材料中的形成，提高石墨烯与Al基体的界面结合强度。石墨烯添加量为0.5wt.%时，在Al基体晶界处能够均匀的分散，由于石墨烯与Al基体有良好的界面润湿性，促进声子在基体材料中的移动，降低材料的界面热阻，在GNPs/Al复合材料表面形成导电网络，提高电子的迁移率和平均自由程，使GNPs/Al复合材料的热导率和电导率分别提升7.1%和4%；添加石墨烯能改变Al基体材料的晶体结构，在石墨烯周围形成晶格畸变的应力场，该应力场与位错应力场产生交互作用，使位错运动受阻，GNPs/Al复合材料的强度和硬度分别提升30.6%和44%；石墨烯能降低基体材料界面电容的介电损耗，在Al基体材料表面形成致密平整的膜层，提高GNPs/Al复合材料的电荷传递电阻，降低材料表面在电化学腐蚀过程中的弥散效应，使GNPs/Al复合材料耐腐蚀性能提高31%。石墨烯含量超过0.5 wt.%时，团聚在基体晶界的石墨烯，降低复合材料的界面结合强度，使GNPs/Al复合材料导带中的能带宽度变窄，电子的局域性增强，导致GNPs/Al复合材料的性能下降。综上所述，粉体石墨烯的最佳添加量为0.5wt.%。

Si—B掺杂沥青基炭纤维的制备及其抗氧化性能

杜力, 董志军, 袁观明, 丛野, 朱辉, 李轩科, 罗永明

2019, 34(3): 286-295.

摘要(327)

PDF(144)

摘要:
为了提高炭纤维的高温抗氧化性能，提出了一种制备Si-B掺杂沥青基炭纤维的方法。通过聚硼硅氮烷（PSNB）和石油沥青低温共裂解合成了Si-B掺杂沥青，Si-B掺杂沥青经熔融纺丝、原丝预氧化和炭化得到Si-B掺杂沥青基炭纤维。研究了Si-B掺杂沥青及其炭纤维的组成、微观结构和低温抗氧化性能。结果表明，随原料沥青中PSNB掺杂比例的提高，Si-B掺杂炭纤维的拉伸强度和杨氏模量逐渐降低，抗氧化性能逐渐增强。1 400℃炭化得到的Si-B掺杂炭纤维在600℃氧化240 min失重率为25%，650℃氧化140 min失重率为60%。未掺杂炭纤维在相同条件下的氧化失重率分别为46%和99%。Si-B掺杂炭纤维氧化形成的B₂O₃具有较好的流动性，可以在纤维表面形成连续的玻璃膜，有效地抑制基体炭的氧化。

纳米红外(Nano IR)研究纤维素基炭纤维在制备过程中基团的变化

宋芸佳, 陈淙洁, 吴琪琳

2019, 34(3): 296-301.

摘要(473)

PDF(201)

摘要:
从纤维截面微区化学基团变化的角度，深入地解析了纤维素基炭纤维制备过程中微观结构的演变。首先利用超薄切片技术获得低温热解各阶段（室温~600℃）纤维的横截面，通过纳米红外技术（Nano IR）获得了纤维的形貌、红外光谱图以及截面微区基团分布的mapping图。结果发现-OH、CO基团在纤维截面上分布不均匀，裂解过程中基团变化显著，皮层和芯层反应不同步；拉曼光谱分析了I_D/I_G的变化，进一步证实了截面微区结构的不均质导致的性能变化。

基于碳纳米管背电极的晶体硅太阳能电池

张泽麟, 赵珂, 崔贤, 姚有为, 韦进全

2019, 34(3): 302-306.

摘要(415)

PDF(152)

摘要:
碳纳米管（CNTs）具有优异的电学与光电性能，可用作太阳能电池的空穴传输材料。本文将CNTs薄膜置于晶体硅（c-Si）太阳能电池的背面，以取代铝背电极，构成c-Si/CNTs太阳能电池。c-Si/CNTs太阳能电池的短路电流密度可达35.5 mA·cm^-2，比刷涂铝背极c-Si电池的高8%。表明CNTs具有很强的空穴收集和输运能力，可用作c-Si太阳能电池的背电极。用稀氢氟酸（HF）处理c-Si/CNTs界面，放置100 h后，电池的填充因子由44.5%提高到62.6%，转换效率由7.1%提高到10.9%。

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