新型炭材料

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2017, 32(2): .

摘要(177)

PDF(1695)

摘要:

多硫化物阻隔层在锂硫电池中的应用研究进展

徐朝, 游慧慧, 张磊, 杨全红

2017, 32(2): 97-105.

摘要(730)

PDF(1152)

摘要:
锂硫电池具有远高于锂离子电池的理论放电比容量（1 675 mAh/g）和能量密度（2 600 Wh/kg），被认为是很具应用潜力的电池体系，因此被广泛的研究和关注。然而硫的导电性能差、利用率低以及多硫化物的穿梭效应等问题使得锂硫电池的循环性能不稳定。为了克服穿梭效应的影响，近年来发展了多种新型的多硫化物阻隔层设计和制备方法来提高电池循环稳定性，本文分别从碳质材料阻隔层、金属氧化物阻隔层以及导电聚合物阻隔层三方面综述了最新的研究进展，并指出免集流体正极材料、阻隔层以及隔膜实现一体化设计将成为锂硫电池研究的发展方向。

超级电容器电极材料与电解液的研究进展

焦琛, 张卫珂, 苏方远, 杨宏艳, 刘瑞祥, 陈成猛

2017, 32(2): 106-115.

摘要(2303)

PDF(3532)

摘要:
超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、良好的低温使用性能和安全性的优点，已经广泛应用到电子产品、能量回收和储能等领域。电极材料和电解液是决定超级电容器性能的两大关键因素，超级电容器常用的电极材料包括碳质材料（活性炭、碳纳米管、石墨烯、炭纤维、纳米洋葱碳等）、金属氧化物（金属氢氧化物）、导电聚合物及复合材料等；电解液主要有水系电解液、有机系电解液与离子液体。本文综述了超级电容器电极材料与电解液的研究现状，详细介绍了电极材料、电解液的性能及优缺点，并对新型电极材料和电解液的研究趋势提出展望。

炭布基底上β-Ni(OH)₂纳米片的水热合成及电化学性能

刘茜秀, 吕春祥, 李倩

2017, 32(2): 116-122.

摘要(534)

PDF(714)

摘要:
以硝酸镍、尿素及氟化铵为原料，采用水热法在炭布（CC）表面生长β-Ni（OH）₂纳米片。XPS结果表明酸处理后的炭布（ACC）上含有更多活性官能团，有利于β-Ni（OH）₂纳米片在炭布上的生长。XRD结果表明，炭布表面的β-Ni（OH）₂纳米片结晶良好，晶格完整。通过分时采样的SEM照片，研究炭布表面β-Ni（OH）₂的生长过程。反应初始阶段，炭布表面生长微小β-Ni（OH）₂颗粒或片。随着反应进行，炭布表面的纳米片不断团聚生长。当反应时间为6 h时，炭布表面均匀布满β-Ni（OH）₂纳米片，直径约为1 μm，厚度约为10 nm。随着反应的继续进行，β-Ni（OH）₂纳米片堆叠。反应时间为12 h时，炭布表面均匀分布多层的β-Ni（OH）₂纳米片，厚度约为200 nm。反应时间为6 h时所得样品具有优异的超级电容器性能，电流密度为1 A·g^-1时，比电容为815.67 F·g^-1。循环次数达到4 000次时，比电容仍保留98.1%。

活化方式对有序介孔炭孔结构及电化学性能的影响

刘美君, 付冬梅, 王春雷, 米盼盼, 王同华

2017, 32(2): 123-129.

摘要(372)

PDF(721)

摘要:
采用软模板法合成有序介孔炭（OMC），并通过不同的活化方式对OMC进行活化处理，以制备出具有较高比表面积的微/介孔炭材料。利用小角X射线衍射、氮气吸附、扫描及透射电镜对活化前后介孔炭的孔结构进行表征；循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法测试其电化学性能。探讨不同活化方式对介孔炭孔结构和电化学性能的影响。结果表明：高温活化在保持介孔炭的有序性及其二维六角结构的基础上，在其孔隙结构中形成了大量微孔结构，有效地提高了介孔炭的孔体积及比表面积，比表面积由674 m²/g提高到2 404 m²/g，孔体积由0.98 cm³/g提高到2.24 cm³/g，并进一步提高了介孔炭的电化学性能，在500 mA/g电流密度下，其比电容可达175 F/g。活化方式对活化后的介孔炭的孔结构及电化学性能有很大的影响。

WAXS/SAXS,SAXS二维全谱拟合研究PAN基炭纤维预氧化、炭化过程中微观结构演变

李小芸, 田丰, 高学平, 边风刚, 李秀宏, 王劼

2017, 32(2): 130-137. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60110-0

摘要(989)

PDF(910)

摘要:
利用广角（WAXD）和小角散射（SAXS）的方法，对PAN基炭纤维制备过程不同阶段纤维的微晶和微孔进行研究。WAXD结果表明，在炭化过程中，微晶尺寸变大，并沿着纤维轴方向取向。SAXS结果表明，制备过程过，新微孔进一步形成，微孔逐渐沿纤维轴排列，微孔的平均长度增大。基于传统分析方法，确立微孔为具有择优取向的圆柱状，其尺寸大小成log正态函数分布的散射模型，对二维散射图进行全谱拟合分析。将此方法运用于炭纤维，得出该模型可以准确描述微孔的相关特征。

Ni(NO₃)₂催化酚醛树脂的炭化结构特性及其力学性能

马天飞, 吴小贤, 李红霞, 刘国齐, 杨文刚

2017, 32(2): 138-143. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60111-2

摘要(427)

PDF(620)

摘要:
在酚醛树脂中添加Ni（NO₃）₂，逐步固化、高温炭化后，用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜观察表征树脂高温炭化显微结构，并测试树脂炭的抗折强度、弹性模量和断裂能来分析其力学性能。显微结构观察表明：添加质量分数5%的Ni（NO₃）₂会在酚醛树脂炭化结构中生成体积分数约2%的纳米炭纤维，纳米炭纤维交错排布；由于酚醛树脂热解产生的含碳小分子气体成分复杂，在树脂玻璃炭出现了炭纳米纤维与碳纳米管接替生长的现象。力学性能测试结果表明：树脂玻璃炭中原位生成的纳米炭纤维与树脂炭基体有一定的结合强度，能提高树脂玻璃炭的抗折强度、弹性模量；可显著提高树脂炭的断裂能，增强其抗拉强度和断裂韧性。

固体火箭发动机高速高浓度两相流冲刷条件下4D编织炭/炭复合材料烧蚀特性研究

刘洋, 裴净秋, 李江, 何国强

2017, 32(2): 144-151. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60112-4

摘要(585)

PDF(669)

摘要:
为了研究固体火箭发动机内高速高浓度冲刷条件下4D编织炭/炭复合材料的烧蚀行为，本文采用一种特别设计的小型实验发动机开展热试实验研究，分别测量获得了试验后炭/炭材料试件的炭棒和纤维束最大烧蚀率，并细分析了冲刷区域和非冲刷区域的烧蚀形貌和微观结构。结果表明：在核心冲刷区域，炭/炭材料试件表面出现了明显的凹坑；结合数值模拟结果可知当颗粒冲刷速度超过一定值后，机械剥蚀效应会大幅增加，是炭/炭材料烧蚀加剧的主导因素；和通常状态不同，在实验条件下，炭棒比纤维束更易受到两相流侵蚀；在颗粒的冲蚀作用下，炭棒表面形成了大量类陨石坑的孔洞，炭棒中的纤维头部几乎是平的，并且低于周围的基体；另外根据试验后试件的微观形貌，讨论了炭棒和纤维束之间界面的几种破坏模式，分析了界面易于被破坏的原因。

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能

苏亚男, 张寿春, 张兴华, 赵振波, 陈成猛, 经德齐

2017, 32(2): 152-159.

摘要(794)

PDF(884)

摘要:
使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮（GR/CF/PEEK）复合材料，对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明，0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度（ILSS）从57.3 MPa增加到77.6 MPa，弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加，加入0.5 wt%的石墨烯，复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。

以氧化石墨烯为酸催化剂制备2,5-二甲基-N-苯基吡咯

陈春燕, 郭晓亚, 吕广强, Christian Marcus Pedersen, 乔岩, 侯相林, 王英雄

2017, 32(2): 160-167. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60113-6

摘要(787)

PDF(526)

摘要:
介绍了氧化石墨烯作为一种高效且可回收的催化剂应用于2，5-己二酮与苯胺通过Paal-Knorr缩合反应合成N-取代吡咯。研究了反应时间、反应温度、溶剂、催化剂用量以及苯胺与2，5-己二酮的摩尔比对2，5-二甲基-N-苯基吡咯收率的影响。通过原位核磁技术在分子水平上跟踪了Paal-Knorr缩合的反应过程。结果表明在25℃下通过氧化石墨烯的催化作用反应6 h后吡咯的最大收率可达到90%。氧化石墨烯易回收，且经5次回收使用后还能表现出很好的循环使用性和高催化性能。

中间相沥青基石墨中缺陷的原子尺度

荣菊, 朱媛苑, 樊帧, 冯志海, 贺连龙

2017, 32(2): 168-173.

摘要(382)

PDF(721)

摘要:
含有大量液晶分子的中间相沥青是制备轴向高导热炭/炭复合材料的重要原料，以中间相沥青基炭纤维为增强体与中间相沥青基体经液相浸渍法制备高导热炭/炭复合材料。中间相沥青基体随着热处理温度不断升高逐渐转化为包含诸多缺陷的石墨晶体，这些缺陷对复合材料的热传导有较大影响。利用透射电子显微镜研究中间相沥青基石墨晶体中的缺陷结构，尤其是不完整石墨晶体[1120]晶带轴衍射谱中（10）列衍射斑点拉线的成因。结果表明，中间相沥青基体经3 000℃热处理后主要形成六角石墨，但六角石墨主体中夹杂数层菱形石墨，进一步发现，够成（10）列衍射拉线的缺陷主要包括两类：层错（基面间不同程度位移形成的位移缺陷）和晶界（相邻晶粒间相互旋转形成的旋转缺陷以及非共格晶界）。

石墨/硝酸钠配比与反应时间对氧化石墨烯物理化学性质的影响

Edwin T. Mombeshora, Patrick G. Ndungu, Vincent O. Nyamori

2017, 32(2): 174-187. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60114-8

摘要(637)

PDF(600)

摘要:
通过改变石墨/硝酸钠配比和反应时间，合成出氧化石墨烯（GO），探讨最佳的石墨/硝酸钠配比、反应时间来获得氧含量最高的GO以及氧含量对GO的物理化学性质的影响。采用TEM、SEM、AFM、XRD、Raman、FTIR、TGA、UV-vis等仪器对样品进行表征。增加硝酸钠用量，能提高GO的氧含量、比表面积、孔体积和孔径，但降低结晶度。不同反应时间对氧含量无明显影响。随着氧含量的增加，物理化学性质如层间距和缺陷强度增加，而热稳定性降低。不同的石墨/硝酸钠配比和反应时间能改变GO的物理化学性质如氧含量、结晶度、热稳定性和整体形貌。

乙炔火焰无催化剂制备石墨烯片及生长机理研究

郭领军, 彭坚

2017, 32(2): 188-192. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60115-X

摘要(513)

PDF(618)

摘要:
采用无催化剂乙炔火焰合成法在碳化钨基板上制备出石墨烯片，所制备的石墨烯片呈花瓣状均匀地垂直生长在副产物-炭微粒上，呈现出花状形貌。实验过程中，乙炔剧烈燃烧产生高温及高压环境，加速了未完全燃烧乙炔的裂解及自由碳基团的环化反应，直接在气相环境中合成了石墨烯微晶片，部分石墨烯微晶片会卷曲成炭黑晶核，炭黑晶核会继续吸附石墨烯微晶片生长为炭微粒。但是，在反应装置的作用下，携带石墨烯微晶片以及炭黑晶核的燃气流会在基体表面形成湍流和逆流，打乱了石墨烯晶片被炭黑粒子吸附并包裹使之生长的过程，导致石墨烯微晶片垂直于炭微粒生长为花瓣状石墨烯片。

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