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2016年  第31卷  第4期

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Graphical Contents
2016, 31(4): .
摘要(56) PDF(13)
摘要:
石墨烯在电化学储能过程中理论研究进展
苏方远, 谢莉婧, 孙国华, 孔庆强, 李晓明, 刘卓, 陈成猛
2016, 31(4): 363-377.
摘要(746) PDF(1038)
摘要:
本文对目前石墨烯在电化学储能过程中理论计算的研究进行系统整理，从石墨烯材料电子结构特征出发，对其在超级电容器、锂离子电池和氧还原过程中石墨烯起的作用进行综述，详细讨论了石墨烯在以上不同电化学环境中与物质的相互作用机制，为新型石墨烯基电化学储能器件的研究提供理论基础和研究思路。
孔有效利用的活性炭基非对称电极膜/电容脱盐系统
Jiyoung Kim, Dong-Hyun Peck, Byungrok Lee, Seong-Ho Yoon, Doo-Hwan Jung
2016, 31(4): 378-385. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60020-3
摘要(480) PDF(411)
摘要:
采用活性炭纤维为原料制备出膜/电容脱盐系统，提纯含氯化钠的水。OG系列活性炭纤维作为电极的活性材料，其比表面积和孔分布不同而呈现不同的活化程度。将这些材料用于膜/电容脱盐系统，评价了他们对钠离子或氯离子的脱盐性能。膜/电容实验在不同操作电位窗口、含盐溶液的进料速率和浓度下进行。OG系列活性炭纤维对每种离子的脱盐效率和电吸附量来评价膜/电容性能。结果表明，BET比表面积是确保高性能的必要因素。另外，炭材料最上端的浅孔有助于活性炭纤维比表面积的充分利用。OG7A样品的孔结构适合于钠离子吸附，OG10A和OG15A适于大量孔吸附氯离子。因此，非对称电极排列施加于吸附离子的尺寸，应考虑炭材料比表面积和孔面积的有效利用，以得到高性能的膜/电容脱盐系统。   
支撑材料
间苯二酚-明胶-甲醛共聚体系制备三维网状含氮多孔炭及其电容性能
张玲, 董伟, 李文翠
2016, 31(4): 386-392.
摘要(460) PDF(622)
摘要:
采用生物高分子明胶为氮源，与间苯二酚和甲醛共聚，由共聚物热解制得三维网状含氮多孔炭，并考察其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明，明胶通过共聚反应连接到酚醛树脂骨架中，由于其能降低反应体系的界面能，改变了聚合物的形貌，所得炭材料具有由较小颗粒交联而成的三维网状结构；改变明胶掺入量，多孔炭的氮含量可从1.04%增加至2.03%；由于氮掺杂作用，将其用作超级电容器电极材料，其电容值较单纯酚醛聚合体系得到的炭样品增加一倍，由76 F·g-1增至149 F·g-1，且电容值随着氮含量的增加而增加；当氮含量增至2.03%时，受其比表面积限制，其电容值不再增加，经水活化，材料比表面积达1 174 m2·g-1，氮含量为1.51%，其电容值达228 F·g-1。
电纺丝制备掺氮多孔炭纳米纤维布用作锂离子电池负极材料
楠顶, 黄正宏, 康飞宇, 沈万慈
2016, 31(4): 393-398.
摘要(585) PDF(697)
摘要:
选取聚丙烯腈和三聚氰胺为碳前驱体和氮前驱体，通过电纺丝和后续的炭化和水蒸气活化过程，制备了一种具有自支撑结构，无需任何导电剂和粘结剂，直接用作电极的用于锂离子电池负极的掺氮多孔炭纳米纤维布。结果表明，此多孔炭纳米纤维布具有无纺交联的纳米纤维形态、独特的微孔结构、较高的比容量（856 mAh·g-1）和较好的功率性能，是一种非常有使用前景的锂离子电池负极材料。
SDP法制备碳纳米管-TiO2纳米复合光催化剂及降解喹啉
崔佳丽, 高永华, 高利珍
2016, 31(4): 399-406.
摘要(416) PDF(618)
摘要:
针对溶胶凝胶法制备光催化剂过程中颗粒分散不均匀、易团聚的问题，采用SDP（Spinning disk process）联合溶胶凝胶法制备不同焙烧温度的多壁碳纳米管（MWCNTs）-TiO2光催化剂。通过XRD、FTIR、SEM、TEM表征样品的微观结构和形貌，利用UV-vis DRS（Ultraviolet visible diffuse reflectance spectra）表征其可见光响应性，并考察样品在可见光下降解喹啉的性能。结果表明，SDP联合溶胶凝胶法能够以连续流形式制备更微小的、分散更均匀的光催化纳米颗粒（晶粒尺寸约为10 nm）；MWCNTs以光敏化剂的形式使样品具有可见光响应，450℃下焙烧得到的光催化剂MCT3有最强的可见光吸收和最佳的催化活性，反应时间为180 min时，喹啉降解率为86.6%。
氢卤酸诱导石墨烯气凝胶组装体的制备
张旭, 周颖, 王春雷, 邱介山
2016, 31(4): 407-414.
摘要(502) PDF(604)
摘要:
以氧化石墨为前驱体，氢卤酸为诱导还原剂，采用化学还原法在温和条件下制备石墨烯气凝胶组装体。利用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱及热重等分析手段对石墨烯气凝胶组装体的结构及性质进行表征，以研究氢卤酸的种类及浓度对石墨烯气凝胶的形成、结构及性质的影响。结果表明：相比于HBr和HCl，利用H+与I-的协同作用，HI能够有效的诱导石墨烯气凝胶组装体形成。相对于氧化石墨，所制备的石墨烯气凝胶的热稳定性和导电能力均得到了显著的提高。将石墨烯气凝胶作为超级电容器电极材料，表现出优异的电化学性能。
碳纳米管纱作为填料应用于硝基芳烃污水处理
Sushil R. Kanel, Heath Misak, Dhriti Nepal, Shankar Mall, Seth W. Brittle, Ioana Sizemore, David M. Kempisty, Mark N. Goltz
2016, 31(4): 415-423. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60021-5
摘要(382) PDF(548)
摘要:
碳纳米管纱（CNTY）因具有优异的力学强度、化学稳定性、热稳定性和高比表面积而成为去除废水中有机污染物的潜在材料。本文将CNTY用于含2，4-二硝基甲苯（DNT）的污水处理。CNTY对DNT的吸附能力与文献报道值作对比研究，同时探讨吸附动力学。采用SEM-EDX、HRTEM、Raman与XPS表征CNTY吸附DNT前后的尺寸、表面形貌及表面化学。结果表明，经CNTY对DNT污水处理后的水质达到实验室无离子水级纯度。CNTY对DNT吸附符合Freundlich吸附等温线，Freundlich参数由KF为55.0 mg/g（L/mg）1/n，指数1/n为0.737得到，表明其比活性炭吸附性弱，但更易再生。CNTY比活性炭的吸附性速率更快，遵循拟二级动力学模型。CNTY吸附DNT引起D、G常偏移，归因于CNTs与DNT间电子受体和供体效应。
炭纤维和废弃聚乙烯在沥青中的分散行为及其性能
张茂荣, 方长青, 周世生, 程有亮, 胡京博
2016, 31(4): 424-430. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60022-7
摘要(530) PDF(508)
摘要:
聚丙烯腈基炭纤维和废弃聚乙烯作为改性剂，采用热熔共混、絮凝处理、熔融共挤3种工艺对道路沥青进行改性，并研究了炭纤维分散性对沥青性能的影响。研究表明：炭纤维和废弃聚乙烯对沥青的改性为物理改性，随着炭纤维含量的增加，改性沥青的软化点和延度上升，针入度降低，改性沥青高温性能得到改善。过高的炭纤维含量将不利于分散而发生纤维团聚，当炭纤维含量超过0.1%，将造成改性沥青性能降低。微观观察发现，熔融共挤工艺较其他工艺，炭纤维与聚乙烯能较好的分散和结合，使得聚乙烯与炭纤维形成良好的类荆棘状吸附，在沥青中分散最佳，改性沥青的高温性和抗车辙性能得到较大提高。
镧元素掺杂碳纳米管/环氧树脂复合材料的电磁、热学及力学性能
侯翠岭, 宋士华, 魏健宁, 李铁虎
2016, 31(4): 431-436.
摘要(653) PDF(677)
摘要:
利用La（NO3）3掺杂后的碳纳米管（MWCNTs-La（NO3）3）作为电磁波吸收剂、环氧树脂（EP）作为基体，制备出了MWCNT-La（NO3）3/EP复合材料。运用透射电子显微镜和X射线衍射仪对MWCNTs、MWCNT-La（NO3）3的微观结构进行了表征，使用示差扫描热分析仪、电子万能试验机、摆锤冲击试验机和矢量网络分析仪对MWCNT/EP、MWCNT-La（NO3）3/EP复合材料的电磁性能、热固化行为和力学性能进行了测试分析。结果表明，适量掺杂La（NO3）3可以有效改善MWCNTs的复介电常数和磁导率，使MWCNT/EP复合材料在8.2～12.4 GHz频率范围内的介电损耗和磁损耗大幅度提高，吸收电磁波的能力增强。MWCNTs对EP体系的固化具有促进作用。适量掺杂La（NO3）3后，这种促进作用具有增强趋势。并且掺杂少量的La（NO3）3对MWCNT/EP复合材料的力学性能影响不明显。
室温和高温下三维针刺炭/炭复合材料的弯曲性能及破坏机理
李典森, 姚倩倩, 姜楠, 江雷
2016, 31(4): 437-444. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60023-9
摘要(558) PDF(616)
摘要:
本文制备了高密度三维针刺炭/炭复合材料，研究了该材料在室温和高温下的弯曲性能，并从宏、细观角度研究了材料的变形与失效机理。结果表明，三维针刺炭/炭复合材料具有好的抗弯曲性能，400℃以下的载荷-挠度曲线呈线弹性和脆性破坏特征；而更高温度下的曲线表现出明显的韧性和塑性失效。由于氧化作用的加重，材料的弯曲性能随着温度的升高而显著减小。材料呈现锯齿状断裂特征，在500℃以下，主要的损伤形式表现为基体开裂，90°纤维/基体脱粘，0°纤维的局部扭曲和断裂；而在更高温度下，复合材料的氧化特征更加明显，纤维和基体间的界面粘结性能显著下降。
酚醛树脂基泡沫炭的发泡行为及其孔结构控制
龚青, 詹亮, 张永正, 王艳莉
2016, 31(4): 445-450.
摘要(666) PDF(966)
摘要:
结合热塑性酚醛树脂的热失重和粘-温特性，研究了升温速率对其发泡行为及泡沫炭力学性能的影响。结果表明，热塑性酚醛树脂的发泡温区在200～300℃，并遵循热点成核发泡机制；300～600℃温区中产生的裂解气主要影响气泡的膨胀速度，进而影响泡沫炭的孔径及孔结构的均一性；以0.5℃/min升至240℃，再以3℃/min升至600℃，所制泡沫炭孔结构较为均一，其平均孔径、密度及压缩强度分别为300 μm、0.51 g/cm3和12.5 MPa。
难熔金属碳化物ZrC对树脂基炭微观结构的影响
张中伟, 梅敏, 李亮, 南策文, 王俊山, 许正辉
2016, 31(4): 451-454. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60024-0
摘要(424) PDF(543)
摘要:
在微纳观尺度，利用SEM、TEM和HR-TEM观察了难熔碳化物（ZrC）和树脂基炭经2 500℃以上高温处理后的显微组织结构。结果表明：ZrC颗粒表面包裹了一层取向和生长良好的石墨微晶炭过渡层。其中炭过渡层中晶体的层间距d002为0.337 5 nm，而没有包裹ZrC颗粒的树脂基炭仍然是各向同性结构。结合选区电子衍射结果可知，ZrC颗粒在高温下对树脂基炭有催化石墨化和诱导石墨化效应。
中间相沥青脱除灰分
刘犇, 赵红超, 李香粉, 张兴华, 郭全贵
2016, 31(4): 455-458.
摘要(698) PDF(833)
摘要:
以催化剂三氯化铝（AlCl3）和精萘在160～240℃下制备的萘沥青为研究对象，采用超声、搅拌、加热和酸碱洗涤的方法对萘沥青的脱灰进行研究。结果表明萘沥青在超声和搅拌的共同作用下，温度条件为80～90℃，先碱洗后酸洗时，脱灰效果最佳，可将萘沥青的灰分降低至500 ppm以下。用所得的萘沥青可以制备灰分低、性能优良的中间相沥青。

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