新型炭材料

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2018, 33(3): .

摘要(102)

PDF(119)

摘要:

中间相沥青表征研究进展

段春婷, 郑冬芳, 刘均庆, 王秋实, 梁朋, 宫晓颐, 宋怀河

2018, 33(3): 193-202.

摘要(707)

PDF(603)

摘要:
中间相沥青是光学各向异性的芳香类碳氢化合物的聚集体，是一种重要的炭材料前驱体。中间相沥青的性质表征及分析对中间相沥青及其衍生产品的制备、质量调控及应用具有重要意义。中间相沥青的分子结构、分子量及分布的有效测定有助于掌握反应机理和控制产品质量，聚集态结构直接决定着炭纤维和其它衍生炭材料的性能，中间相沥青的流变性是炭纤维研制和生产过程中最重要的参数。本文综述了中间相沥青性质表征方面的研究进展，重点介绍了中间相沥青分子量、聚集态结构、流变性方面的表征方法及结果，最后展望了中间相沥青表征的研发前景。

五氧化二碘辅助亲电碘化1-甲基萘制备高残炭沥青

杨海潇, 韩贺祥, 王际童, 乔文明, 凌立成

2018, 33(3): 203-212. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60335-X

摘要(361)

PDF(272)

摘要:
以1-甲基萘（1-MNP）为原料，采用碘化/脱碘聚合法成功制备了新型高残炭沥青，研究了溶剂种类、碘化温度和反应物摩尔比对碘化样品的影响。GC-MS结果表明当1-MNP、I₂和I₂O₅以1∶0.75∶0.18的摩尔比在60℃乙酸溶液中反应24 h，碘化产物主要由1-碘-4-甲基萘组成，选择性高达96.4%；碘化样品经130~180℃热处理发生脱碘化氢缩合反应。对所制沥青的甲醇可溶组分分析结果表明，脱碘化氢过程中有芳环加氢产物（四氢萘、5-甲基四氢萘等）和甲基迁移产物（2-甲基萘、二甲基萘、三甲基萘等）生成。通过TG、¹H-NMR和FT-IR等手段对沥青结构进行表征，结果表明该沥青具有较高的聚合度（甲苯可溶组分低于12 wt.%）、较高的残炭率（54~66 wt.%）以及较复杂的甲基萘分子组装方式（包括α-α'、α-β'和β-β'）。脱碘聚合显著提高了沥青的聚合度和残炭率，这种沥青可用于高性能炭材料的制备。

石墨烯/聚酰亚胺复合膜热导率的分子动力学模拟

徐京城, 戴思畅, 李昊亮, 杨俊和

2018, 33(3): 213-220. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60336-1

摘要(401)

PDF(201)

摘要:
石墨化聚酰亚胺条带可作为连接石墨烯的桥梁，形成大尺度石墨烯复合薄膜。采用opt-Tersoff分子力场和非平衡分子动力学方法，计算研究了石墨烯和石墨烯/聚酰亚胺复合膜热导率的尺寸效应。结果发现，石墨烯的热导率与模型的长度相关，增加聚酰亚胺条带的数目或宽度可提高石墨烯/聚酰亚胺复合膜的导热性能，而增加聚酰亚胺条带的长度作用不大。另外，计算了声子态密度用于解释复合膜结构引起的热导率差异。

水热法原位合成磁性BiFeO₃-石墨烯杂化材料及其光催化性能

甘露, 徐立杰, 钱堃, 王亚东, 江富远

2018, 33(3): 221-228.

摘要(451)

PDF(425)

摘要:
采用水热法在石墨烯表面原位合成了石墨烯含量不同的铁酸铋/石墨烯（BiFeO₃-石墨烯）杂化材料。采用X光射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）等研究杂化材料的结构，紫外漫反射光谱（DRS）和荧光光谱（PL spectra）分析其光反应性。在卤钨灯光照条件下测试杂化材料催化降解亚甲基蓝（MB）和罗丹明B （RhB）染料的性能。结果表明，通过水热原位合成法，石墨烯均匀地穿插在BiFeO₃颗粒中并形成大小均一的球状结构。BiFeO₃-石墨烯杂化材料在可见光范围（400~800 nm）的吸收强度明显增加，禁带能隙明显降低。BiFeO₃-石墨烯杂化材料光催化降解有机污染物的速度较纯BiFeO₃显著提高，其中石墨烯质量含量为3%的杂化材料具有最高的降解速度，其光催化降解MB和RhB的速率常数为0.083和0.10，均为纯BiFeO₃降解染料速率的10倍以上，原因在于石墨烯有效地抑制并延后了激发电子和空穴的再结合。由于BiFeO₃具有铁磁性，BiFeO₃-石墨烯杂化材料可以用磁铁回收循环使用，且材料5次循环使用后染料降解效率仍可达到近100%。

纳米纤维矿物纤蛇纹石为模板合成多孔炭及其在超级电容器中的应用

曹曦, 传秀云, 李爱军, 黄杜斌

2018, 33(3): 229-236.

摘要(449)

PDF(253)

摘要:
以天然纳米纤维矿物纤蛇纹石为模板，蔗糖为碳源，合成了具有一维管状形貌的多级孔结构炭材料。通过调控模板与碳源的比例，可以改变炭材料的孔结构分布和比表面积。当纤蛇纹石与蔗糖的质量比为1∶3.0时，模板炭的中大孔比例较高，达到87%，作为双电层电容器（EDLC）储能材料的电化学性能最佳，比电容最大：在6 M KOH三电极条件下，0.5 A/g电流密度条件时容量可达150 F/g，在20 A/g时，比电容仍能保持75%。以10 A/g电流密度循环10 000次，比电容没有明显损失，仍达到119 F/g。

活性炭的预处理对CeO₂/AC催化剂NH₃选择性催化还原NO_x性能的影响

黄利华, 李雪, 陈耀强

2018, 33(3): 237-244.

摘要(623)

PDF(235)

摘要:
为了改善活性炭（AC）负载的CeO₂基催化剂的脱硝性能，采用空气热氧化或硝酸对活性炭进行预处理，考察了预处理方式对其负载的CeO₂基催化剂氨选择性催化还原（NH₃-SCR） NO_x反应性能的影响。对预处理后的活性炭及其负载的CeO₂基催化剂进行了红外光谱（FTIR）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）、N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）及H₂-TPR等表征。结果表明：硝酸预处理显著增加了活性炭表面含氧官能团、增强了表面酸性，提高了其负载的CeO₂基催化剂的氧化还原性能，促进了催化剂表面NH₃的吸附和活化，使催化剂表现催化优异的NH₃-SCR脱硝性能。该催化剂对NO_x的起燃温度和完全转化温度分别为75℃和190℃，显著优于空气热氧化处理的活性炭制备的催化剂，但H₂O易导致催化剂活性下降。

水热环境下棉纤维水解炭化机理

崔丽萍, 史晟, 侯文生, 阎智锋, 戴晋明

2018, 33(3): 245-251. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60337-3

摘要(348)

PDF(197)

摘要:
为促进废旧棉纤维的综合利用，利用亚临界水处理废旧棉纤维获得了具有优良结构和性能的炭微球。结果表明，亚临界水可以破坏棉纤维的大分子结构，使其脱水炭化。棉纤维可在不同pH值的水热环境中脱水炭化，在pH=3.5时，形成粒径为0.8~3 μm的球形炭，碳含量达74.99%。可能机理是高温高压的水热环境破坏了棉纤维的晶体结构，同时纤维素分子中的β-1，4糖苷键被H₃O⁺攻击，使棉纤维水解。棉纤维在水热反应过程中，pH值越小，葡萄糖的产量越高，所得炭化产物的形貌结构越规整，产物的碳含量和热值也越高；当pH值较高时，葡萄糖的产量降低，产物呈无规则块状结构。

生物质莲杆废弃物制备高比表面积多孔炭及其CO₂吸附性能

吴星星, 张乘云, 田忠卫, 蔡进军

2018, 33(3): 252-261. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60338-5

摘要(398)

PDF(246)

摘要:
采用水热炭化和KOH活化相结合的方法，以生物质莲杆废弃物为碳源，制备了高比表面积多孔炭材料，并探索其CO₂吸附性能。分别采用氮气物理吸附、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和元素分析技术（XPS）对这种莲杆基多孔炭材料的孔道结构、形貌和表面化学等特性进行了研究。结果表明，KOH浓度对莲杆基多孔炭材料的孔结构具有较大影响，莲杆基多孔炭材料的比表面积和孔体积分别为2 893 m²/g和1.59 cm³/g，KOH活化处理能在增大多孔炭材料的比表面积和孔体积，同时会在其内部形成部分具有较大尺寸的微孔和较小尺寸的介孔结构。在常压条件下，CO₂的吸附测试表明莲杆基多孔炭材料在25℃和0℃时的吸附量分别高达3.85和6.17 mmol/g，这一吸附量在生物质基多孔炭材料中属于较高水平。然而，具有最高比表面积的莲杆基多孔炭材料（AC-4样品）并不具备最高的CO₂吸附量，这意味着常压条件下限制CO₂吸附量的决定性因素并不是比表面积，而主要由微孔率和孔径分布决定。这一研究结果为设计多孔吸附剂应用于CO₂捕集方面提供了重要意义，也为构建低成本且环境友好的具有高吸附量的CO₂吸附剂提供思路。

石墨烯导热增强相变储能材料的制备及性能

陈素清, 黄国波, 鲍建设, 诸葛纯, 俞金娜, 朱冰宇

2018, 33(3): 262-267.

摘要(420)

PDF(284)

摘要:
为了提高复合相变储能材料的导热性能，以N，N，N-三甲基-1-十六烷基溴化铵（CTAB）改性剂，氧化石墨烯（GO）经有机化改性、还原反应制得功能化石墨烯（CTAB-RGO），并作为强化传热载体对癸酸-十二醇（CA-LA）共混物（相变储能材料）进行导热增强改性，获得新型石墨烯导热增强相变储能材料。结果表明，CTAB-RGO的加入提高了CA-LA相变复合材料的相变潜热、导热系数、热稳定性能等。添加1% CTAB-RGO复合材料的相变潜热为164.7 J/g，相对CA-LA混合物提高了22%；导热系数为高达0.94 W/（m·K），导热增强率为184%。

固相增密燃料元件基体石墨的氩离子辐照性能研究

许六军, 王浩然, 林俊, 许红霞, 张锋, 仲亚娟, 朱智勇, 郭全贵

2018, 33(3): 268-275.

摘要(270)

PDF(210)

摘要:
为提高熔盐堆燃料元件基体石墨的致密性，采用准等静压工艺，对球形燃料元件A3-3基体石墨进行中间相炭微球（MCMB）固相增密，并对其进行了氩离子辐照性能研究。通过压汞测试研究了增密后基体石墨的进汞临界压强和平均孔径变化；利用氩离子辐照实验并结合纳米压痕技术和拉曼光谱分析，研究了固相增密前后基体石墨的离子辐照效应。结果表明，采用平均粒径为2、10和16 μm的MCMB对基体石墨A3-3增密后，基体石墨孔径由924 nm分别降至530、573和644 nm，MCMB以其自烧结同步收缩的特性，起到了填充孔隙和裂缝的作用，实现了对基体石墨的固相增密。MCMB增密剂粒径越接近基体石墨的孔径，增密后基体石墨的平均孔径越小，进汞临界压强越高，即增密效果越好。样品纳米压痕的测试表明高剂量离子辐照下（> 1 dpa），MDG2-15（粒径2 μm，质量百分数为15%的MCMB增密基体石墨）石墨比A3-3石墨的离子辐照硬化速率慢。拉曼光谱结果显示增密前后基体石墨在1.47 dpa剂量下，均发生非晶化，致密化调控前后基体石墨的离子辐照效应表现出一致性。

淀粉基荧光碳点的快速绿色制备及其在白光LED中的应用

郑静霞, 刘兴华, 杨永珍, 刘旭光, 许并社

2018, 33(3): 276-288. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60339-7

摘要(719)

PDF(260)

摘要:
以土豆淀粉为碳源，采用简单、环保的微波辅助水热法合成荧光碳点（CDs）。通过实验参数优化，合成CDs的最优反应时间、反应温度和淀粉溶液浓度分别为30 min、220℃和1 mg/mL。为了提高CDs的荧光量子产率，在以上最优反应条件下，通过加入氮掺杂剂乙二胺合成氮掺杂碳点（N-CDs），其荧光量子产率（QY）比CDs的QY提高将近一倍。CDs与N-CDs均具有良好的水溶性和热稳定性，其溶液在紫外灯照射下均发出蓝色荧光，并且N-CDs的荧光强度明显高于CDs。再将CDs/淀粉复合物和N-CDs作为荧光粉，与紫外芯片结合得到白光发光二极管器件，器件分别发出黄白光和白光，色坐标分别为（0.38，0.45）和（0.33，0.35）。淀粉基碳点荧光粉在光电器件领域表现出很大的潜力。

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