新型炭材料

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面向应用发展炭材料——记世界碳科学年度大会(Carbon2011)

李　峰, 龙东辉

2011, 26(4): 241-245.

摘要(1992)

PDF(1915)

摘要:

炭材料在能量储存与转化中的应用

康飞宇, 贺艳兵, 李宝华, 杜鸿达

2011, 26(4): 246-254.

摘要(2416)

PDF(2488)

摘要:
通过评述炭材料在能量储存和转化领域的研究和发展现状，如：炭材料是燃料电池重要的催化剂载体、双极板和气体扩散层材料，也是太阳能电池构建碳-硅PN结、全碳PN结以及透明导电膜的核心材料，锂离子电池和超级电容器的关键电极材料。另外，炭材料在气体存储、蓄能蓄热、核能、风能等领域也具有重要的应用。认为：炭材料形态结构多样性及其所具有的诸多优异物理和化学特性，是其在能量储存和转化领域中广泛应用的根本。提出：炭材料必须向纳米化、有序化、复合化方向发展，实现功能炭材料的可控制备、纳米结构调控、复合材料的优化设计与制备对能量转化和存储器件升级，炭材料必将获得更加广阔的发展和应用空间。

用于制备优质单壁碳纳米管管束的MgO 负载Fe₃O₄ 纳米粒子的合成

Wei-Wen Liu, Azizan Aziz, Siang-Piao Chai, Abdul Rahman Mohamed, Ching-Thian

2011, 26(4): 255-261. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60080-2

摘要(3315)

PDF(1323)

摘要:
采用沉淀方法制备了直径分布狭窄的均匀Fe₃O₄纳米颗粒。Fe₃O₄纳粒形体几近一致，平均粒径为10.33nm±2.99nm（平均粒径±标准偏差）。在超声作用下将MgO纳米颗粒分散在一定量Fe₃O₄纳米颗粒的水溶液中获得MgO负载Fe₃O₄的纳米颗粒。以甲烷为碳源，Fe₃O₄/MgO 为催化剂，经化学气相沉积，在Fe₃O₄纳粒上制得了大量直径近乎均匀的单壁碳纳米管（SWCNTs）束。TEM显示：SWCNTs的平均直径1.22nm。热重分析显示：样品在400℃～600℃温度区间失重量约19%。拉曼光谱显示：SWCNTs 的I_D/I_G的强度比为0.03，表明采用Fe₃O₄/MgO催化剂可制得高石墨化程度的单壁碳纳米管。

炭纸上原位生长CNF/CP复合体的氧气电催化反应性能

郑俊生, 王喜照, 符　蓉, 李　平, 杨代军, 吕　洪, 马建新

2011, 26(4): 262-270. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60081-4

摘要(3032)

PDF(1247)

摘要:
采用沉淀方法制备了直径分布狭窄的均匀Fe₃O₄纳米颗粒。Fe₃O₄纳粒形体几近一致，平均粒径为10.33nm±2.99nm（平均粒径±标准偏差）。在超声作用下将MgO纳米颗粒分散在一定量Fe₃O₄纳米颗粒的水溶液中获得MgO负载Fe₃O₄的纳米颗粒。以甲烷为碳源，Fe₃O₄/MgO 为催化剂，经化学气相沉积，在Fe₃O₄纳粒上制得了大量直径近乎均匀的单壁碳纳米管（SWCNTs）束。TEM显示：SWCNTs的平均直径1.22nm。热重分析显示：样品在400℃～600℃温度区间失重量约19%。拉曼光谱显示：SWCNTs 的I_D/I_G的强度比为0.03，表明采用Fe₃O₄/MgO催化剂可制得高石墨化程度的单壁碳纳米管。

板状C/C复合膜的制备及其气体分离性能

王同华, 郑青春, 李　琳, 陈安亮, 曹　越

2011, 26(4): 271-277.

摘要(2968)

PDF(1406)

摘要:
以商用PMDA-ODA型聚酰胺酸为涂膜液，采取旋转涂膜技术在煤基板状炭膜支撑体上制备成C/C复合膜。研究了旋转涂膜次数、支撑体性质、支撑体表面预浸渍处理及加入表面改性剂对C/C复合膜气体分离性能的影响，采用扫描电镜对炭膜的复合效果和微结构进行表征。结果表明：随着旋转涂膜次数的增加，气体的渗透速率下降、分离系数增加；与无烟煤支撑体相比，以烟煤支撑体制备的C/C复合膜气体渗透速率和分离系数均较大；无烟煤支撑体经预浸渍处理后可以提高C/C复合膜的气体渗透速率；涂膜液中加入表面改性剂可以改善涂膜液和支撑体的复合效果，经一次涂膜即可制备出具有分子筛分性质的C/C复合膜。以烟煤为支撑体制备的C/C复合膜对H₂/N₂、CO₂/N₂和O₂/N₂的分离系数分别为94.3、18.3和10.2；空气中O₂/N₂分离系数为10.8，氧气的渗透速率为4.99×10^-9 mol · m^-2 · s^-1 · Pa^-1，一次富集氧气浓度达到74.4 %。

粉末冶金法炭纤维/Mg复合材料的界面对其力学性能的影响

任富忠, 高家诚, 李　伟, 张　敏, 谭　尊

2011, 26(4): 278-286.

摘要(2829)

PDF(1322)

摘要:
采用表面化学镀镍前后的短炭纤维(C_f)做为增强体，纯镁粉为基体金属，通过粉末冶金法和热挤压制备镁基复合材料。采用SEM-EDS、TEM、XRD和拉伸等测试手段表征短炭纤维增强镁基复合材料的微观形貌、元素组成、物相组成及其力学性能。结果表明：炭纤维在复合材料中分布均匀且沿挤压方向定向排列；采用经过表面化学镀镍处理的短炭纤维与金属镁复合后界面结合状态优良，Mg₂Ni物相的存在表明润湿性的改善是通过金属镁与涂层发生反应而实现；对比屈服强度测试值和理论计算值的大小，表明涂层炭纤维增强镁基复合材料的增强机理主要是界面载荷传递效应

石墨化参数对四向炭/炭复合材料残余应力的影响

史宏斌, 唐　敏, 高　波, 苏君明

2011, 26(4): 287-292. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60082-6

摘要(3011)

PDF(1609)

摘要:
依据四向编织炭/炭复合材料的结构特点，建立了能反映其编织方式和空间构型的单元体胞模型。在单胞几何模型和介观计算力学基础上，采用有限元方法研究了在不同石墨化温度、降温梯度和界面刚度情况下四向编织炭/炭复合材料的残余热应力分布。研究表明：低温石墨化复合材料的残余热应力比高温石墨化时小。界面刚强度低时石墨化过程中残余热应力比界面刚强度高时小。冷却速率越快，残余热应力越大

非水体系快速挥发法直接合成有序介孔炭

李铁虎, 王小宪, 冀勇斌, 金　伟, 林起浪

2011, 26(4): 293-298.

摘要(2766)

PDF(1204)

摘要:
采用非水溶剂快速挥发法，以表面活性剂和酚醛树脂为结构导向剂和碳前驱体制备介孔炭。通过透射电镜、氮吸附-脱附和扫描电镜对产品的结构进行了表征。结果表明:所制介孔炭具有高度有序的二维六方结构。表面活性剂与酚醛树脂的配比对介孔炭的有序性有较大的影响，当其质量比高于1∶0.25时，可保持良好的有序度。随着比值的减小，有序度逐渐降低。与蔗糖液相浸渍法相比，非水体系快速挥发法所制介孔炭具有较少的外微及大孔。

活性炭负载Fe(III)氧化物去除水中的磷酸根

石中亮, 刘富梅, 姚淑华

2011, 26(4): 299-306. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60083-8

摘要(3468)

PDF(1493)

摘要:
利用活性炭负载铁氧化物制备了复合吸附剂，并用于水中磷酸根的去除。采用BET，SEM及XRD等手段对复合吸附剂的物理化学特性进行了表征，用静态吸附实验方法比较研究了复合吸附剂和活性炭从水溶液中吸附磷酸根的性质。结果表明：复合吸附剂具有快的吸附速度和高的吸附容量，其吸附磷酸根的性质受溶液pH值、铁含量及阴离子浓度的影响。在pH=3.0时，复合吸附剂对磷酸根的吸附容量为98.39mg/g，而活性炭为78.90mg/g。相比之下，Freundlich模型比Langmuir模型能更好地描述复合吸附剂和活性炭对磷酸根的吸附过程；而Lagergren二级方程却能很好地描述复合吸附剂对磷酸根的吸附动力学。水合氧化铁/活性炭复合吸附剂吸附磷酸根为吸热过程。

电化学阻抗解析多壁碳纳米管/活性炭的电化学性能

耿　新, 李　峰, 王大伟, 成会明

2011, 26(4): 307-312.

摘要(3287)

PDF(612)

摘要:
以石油焦为原料化学活化制得活性炭（Activated carbon，AC），在此AC中加入不同量的多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs)作为超级电容器电极材料。依据交流阻抗谱中阻抗与电容关系，区分有效容量和内阻造成的能量损失，评价了超级电容器的性能。结果表明：加入质量分数3%~15%MWCNTs的AC电极，实部电容高于纯AC电极，虚部电容则随着MWCNTs添加量的增加而显著降低。且其实部电容分数随MWCNTs加入量的增加呈上升趋势，虚部电容分数则随MWCNTs加入量增加而降低。在AC电极中加入MWCNTs，在降低电极内阻的同时可有效提高超级电容器的储能效率，并降低弛豫时间，提高其频率特性，改善电容行为。

微波处理时间对电化学电容器用活性炭性能的影响

何孝军, 王　婷, 邱介山, 张小勇, 王晓婷, 郑明东

2011, 26(4): 313-319. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60084-X

摘要(3370)

PDF(1282)

摘要:
采用微波对氢氧化钾活化石油焦制备的活性炭进行处理，考察了微波处理时间对活性炭的孔结构、表面（官能团）性质和电化学电容器中活性炭电化学性能的影响。结果表明：微波处理后活性炭的比容和内阻随着其比表面积和总孔容的降低而变小。和采用常规加热方式在1073K下处理1h所得活性炭相比，在700W功率下仅处理7min所得活性炭的孔结构就具有较高的大/中孔的孔容比和较高的羰基含量；该活性炭用作电化学电容器的电极时，具有较高的能量密度和较高的能量保持率。显然，微波处理是制备电化学电容器用活性炭的一种简单而有效的方法。

沈万慈教授和他的研究活动

康飞宇

2011, 26(4): 320-320.

摘要(1501)

PDF(1592)

摘要:

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