新型炭材料

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2019, 34(6): .

摘要(147)

PDF(104)

摘要:

钾离子电池中碳负极材料的研究进展

雷宇, 韩达, 秦磊, 翟登云, 康飞宇

2019, 34(6): 499-511.

摘要(760)

PDF(494)

摘要:
有机系钾离子电池因其能量密度高、钾储量丰富、成本低等优势而成为当前储能器件领域一个新的研究热点。钾离子可以在商品化石墨负极材料中嵌入与脱出，这对于钾离子电池未来的产业化发展具有重要意义。但目前石墨负极存在体积膨胀率较大、容量衰减快、倍率性能低等问题。研究者们尝试使用石墨以外的其它负极材料来提高钾离子电池的电化学性能，如其它种类碳质材料、金属氧化物、过渡金属化合物等。其中碳质材料因制备方法简单、成本低廉、安全环保等优点而成为主要研究对象。本文总结了钾离子电池碳负极材料的最新研究进展，并对一些表现出优异电化学性能的碳负极材料的制备方法及电化学机理做出扼要重述；在此基础上，对钾离子电池的下一步研究进行展望与总结。

功能化纳米碳管对水溶液中Pb²⁺吸附的动力学、平衡与等温线

Hamzeh Eyni, Hasan Tahermansouri, Farhoush Kiani, Mansour Jahangiri

2019, 34(6): 512-523. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60027-2

摘要(413)

PDF(261)

摘要:
以3-Amino-5a，10a-dihydroxybenzo indeno furan-10-one（ADIF）功能化改性的纳米碳管（MWCNT-ADIF）为吸附剂，除去水溶液中的Pb²⁺。采用FT-IR，SEM，TGA及DTG对MWCNT-ADIF样品进行表征。探讨了pH值、Pb²⁺初始浓度、吸附量和接触时间对吸附动力学与平衡的影响。采用4种二参数模型（Langmuir、Freundlich、Tempkin与Dubinin-Radushkevich）和6种三参数模型（Redlich-Peterson，Khan，Sips，Radke-Prausnitz，Toth，Hil）研究Pb²⁺吸附等温线。通过伪一阶动力学模型、伪二阶动力学模型和粒子内扩散模型分析吸附动力学。采用3种误差分析方法、相关系数、卡方值和平均相对误差来确定最佳拟合等温线和动力学模型。结果表明，吸附动力学与伪二阶动力学模型相吻合。误差分析表明，三参数模型比二参数模型更适合描述Pb²⁺吸附数据。等温线数据与Langmuir、Hill和Sips models相符。MWCNT-ADIF在pH=3溶液中能脱除92%的Pb²⁺，并且回收后的MWCNT-ADIF能重复使用5个再生周期。

4~10 K温区活性炭对氦气的吸附特性及其在4 K温区回热式制冷机中的潜在应用

席肖桐, 王珏, 陈六彪, 郭璐娜, 杨彪, 周远, 王俊杰

2019, 34(6): 524-532. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60028-4

摘要(635)

PDF(227)

摘要:
活性炭对氦气的吸附量数据是低温领域中吸附式制冷机、气隙式热开关和制冷机回热器研究中的重要参数。活性炭作为制冷机蓄冷材料时，其对氦气的高吸附量导致的高比热有望解决4 K制冷机目前磁性蓄冷材料蓄冷能力严重不足的瓶颈问题，另外还存在着无磁性优点。然而，目前液氦温区活性炭对氦气的吸附量还没有充足的实验数据。本文通过搭建实验台，测试了活性炭在4~10 K，0.5~3.5 MPa范围内的吸附量数据，并计算了吸附热。另外，为了充分验证使用吸附的氦气作为蓄冷材料的可行性，分别计算和测试了比热与流动阻力。结果表明，吸附氦气后的活性炭比热明显高于常规的回热器材料，其流动阻力也与目前Er₃Ni等颗粒材料相当，能够适用于4 K制冷机回热器的蓄冷材料。

层次孔超细炭纤维及其对乙醇和丙酮的吸附性能

白宇, 黄正宏, 张政军, 康飞宇

2019, 34(6): 533-538. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60029-6

摘要(362)

PDF(162)

摘要:
以酚醛树脂和乙酰丙酮铁为前驱体，通过静电纺丝和后续氨气气氛热处理制备得到层次孔超细炭纤维，并研究了其对挥发性有机物（VOCs）气体的吸附性能。本文阐述了层次孔性对于不同样品VOC吸附性能的影响。新型的层次孔超细炭纤维在高压力时展现了提高的乙醇和丙酮吸附量。酚醛树脂基层次孔超细炭纤维25℃时的乙醇和丙酮最高吸附量分别为7.55和12.56 mmol g^-1，超过了原始超细炭纤维和聚丙烯腈（PAN）基超细炭纤维的吸附量。酚醛树脂作为静电纺丝前驱体用于制备新型纤维明显优于PAN。因此，该新型自支撑超细炭纤维是一种很有前景的用于去除VOC的吸附剂材料。

自组装CoMn₂O_3.5-RGO微米立方体类Fenton催化剂及其染料降解性能

曲江英, 于志强, 臧云浩, 顾建峰, 金具涛, 高峰

2019, 34(6): 539-545. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60030-2

摘要(371)

PDF(149)

摘要:
采用水热法及热处理技术制备得到CoMn₂O_3.5-石墨烯（CoMn₂O_3.5-RGO）复合材料，其中尺寸为300 nm左右的CoMn₂O_3.5自组装成2 μm左右的立方体结构并镶嵌在石墨烯片层间。所得CoMn₂O_3.5-RGO复合物作为类Fenton催化剂对亚甲基蓝（MB）、罗丹明B（RhB）和二号橙（OGII）等多种染料均展现了良好的降解性能。在5 mg CoMn₂O_3.5-RGO催化剂的作用下，10 mL 50 mg L^-1的上述染料分别在50、70、80 min内完全降解。这种降解功效主要归功于RGO中π-π共轭结构对染料的强烈吸附和纳米CoMn₂O_3.5高效催化协同作用。

高温煤沥青中间相热转化行为

杨桃, 刘犇, 宋燕, 马兆昆, 宋怀河, 刘占军

2019, 34(6): 546-551.

摘要(486)

PDF(218)

摘要:
沥青的组成结构直接决定其中间相形成和热转化行为。本文对3种高温煤沥青的组成和分子结构对中间相热转化的影响进行了研究。利用傅里叶红外光谱仪与X-射线衍射分析仪对煤沥青的分子结构进行分析，并采用带有热台的偏光显微镜原位观察煤沥青的中间相热转化行为。通过原位观察发现，不同高温煤沥青在相同条件下的中间相热转化行为并不完全相同，与其内部组成和结构相关。喹啉不溶物含量较高的煤沥青基炭微球成核速率显著高于生长速率，而芳香度较高的分子片层利于炭微球的生长与融并，从而形成体形中间相。

氮掺杂洋葱状纳米碳球的制备与表征

谢翔旻, 张明瑜, 谭瑞轩, 黄启忠

2019, 34(6): 552-558.

摘要(383)

PDF(152)

摘要:
以碳化钙和谷氨酸为原料，通过反应釜一步法在300℃下制备氮掺杂洋葱状纳米碳球，并改变反应物量来调控碳球的尺寸和结晶度。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、比表面积测试仪、X射线光电子能谱仪和元素分析仪对所得产物进行表征。结果表明，采用反应釜法能够成功掺杂氮原子进入碳原子晶格中。改变反应物摩尔量能够得到不同形貌的碳球，当碳化钙与谷氨酸的反应物摩尔比为3：1时，得到尺寸为30~50 nm的洋葱状碳球；增加谷氨酸的摩尔量易于得到直径为60~100 nm的实心无定形纳米碳球；而增加碳化钙的摩尔量，同样得到洋葱状碳球，但结晶程度提升。反应过程中，谷氨酸不仅能够作为反应的引发剂，还能作为氮源和碳源，其热解形成的五元环化合物在碳球形成的过程中起到重要作用，为弯曲石墨片层的形成提供曲率，有利于洋葱状结构的形成。

基于碳纳米管纤维生长锌钴双金属氧化物纳米线森林的高能量纤维状超级电容器

杨钊, 杨禹, 吕春祥, 张永毅, 张骁骅, 刘予宇

2019, 34(6): 559-568. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60031-4

摘要(439)

PDF(216)

摘要:
随着可穿戴电子器件的发展，新型纤维状超级电容器逐渐成为最新一代储能器件。然而，纤维状超级电容器较低的电导率和较小的比电容限制了其在高能量密度器件中的应用。本工作采用水热法在碳纳米管纤维表面生长锌钴双金属氧化物纳米线森林设计高能量纤维状超级电容器，利用锌钴双金属氧化物和碳纳米管纤维的协同效应显著提高复合纤维的电化学性能。使用聚氯乙烯薄膜和聚乙烯醇/氯化锂凝胶电解质与复合纤维组装全固态纤维状对称超级电容器，并测试其电化学性能。组装的复合纤维比电容达到112.67 mF·cm^-2，功率密度0.45 mw·cm^-2时的能量密度为12.68 μwh·cm^-2。复合纤维有较好的循环稳定性，以1 mA·cm^-2的电流密度进行10 000次循环，其电容保持率为90.63%。此外，在几种不同弯曲角度下，循环伏安曲线的变化可以忽略不计，说明复合纤维具有良好的柔韧性和力学稳定性。全固态纤维状超级电容器的优异性能为便携式和可穿戴电子产品的发展提供了新的机遇。

球磨法——一种制备氧化石墨烯改性水泥基材料的可替代性分散方法

景国建, 叶正茂, 李成, 崔健, 王树贤, 程新

2019, 34(6): 569-577. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60032-6

摘要(636)

PDF(148)

摘要:
氧化石墨烯的分散性对水泥基材料的性能有着重要的影响。目前，最普遍的分散方法是利用超声和分散剂先将氧化石墨烯分散在水中，进而与水泥颗粒搅拌成型。本文介绍了一种球磨的策略来改进氧化石墨烯在水泥基体中的分散性。分散的过程是将氧化石墨烯、水泥熟料和二水石膏在行星磨中进行研磨混合。结果表明：氧化石墨烯改性的水泥浆体抗压强度提高。球磨过程对氧化石墨烯的形貌影响不大，但引入了很多的缺陷。氧化石墨烯可以加速水泥水化，细化水泥石的孔结构。球磨法可以作为一种制备氧化石墨烯改性水泥基材料的新方法。

不同纺丝工艺T800炭纤维及其缠绕压力容器性能差异性研究

张世杰, 王汝敏, 廖英强

2019, 34(6): 578-586. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60033-8

摘要(416)

PDF(278)

摘要:
对比分析了采用不同纺丝工艺制备的T800HB炭纤维与T800SC炭纤维之间的微观形态、NOL环性能、压力容器应变分布及水压实验的性能差异。结果表明，纺丝工艺不同使得T800HB炭纤维较T800SC炭纤维脆性更大，与树脂基体结合更强，导致复合材料拉伸破坏时吸收能量较少而影响其拉伸性能的发挥。采用T800HB炭纤维制备的复合材料压力容器在封头上靠近赤道位置处产生了更高的压缩应变，更易在此处发生低压爆破。Φ150 mm压力容器水压检测结果表明，T800HB炭纤维压力容器由于低压破坏，环向纤维强度发挥率仅为72%，容器特性系数为34.8 km；而T800SC炭纤维压力容器环向纤维强度发挥率达92.3%，容器特性系数达47.2 km。因此，采用干喷湿纺工艺所制T800SC炭纤维更适合缠绕工艺制备压力容器。

石墨烯/泡孔氧化铝/环氧树脂复合材料导热性能

关芳兰, 夏鹤, 周一帆

2019, 34(6): 587-592.

摘要(371)

PDF(168)

摘要:
以环氧树脂为代表的高分子聚合物在电子设备、电子封装和航空航天领域中有着广泛的用途，但环氧树脂极低的热导率限制了其应用。本文以泡沫氧化铝为骨架，在其表面负载氧化石墨烯，600~1 000℃温度下，对氧化石墨烯进行热还原，制备不同浓度的石墨烯负载的泡沫氧化铝，进一步与环氧树脂复合，得到复合材料。对泡沫氧化铝陶瓷所负载的石墨烯进行了XRD、Raman、SEM表征，对复合材料的热导率和电导率进行了测试。结果表明：热还原温度越高，氧化铝泡孔表面的氧化石墨烯被还原越充分。由于泡孔氧化铝的互相联通的管道，提供了声子传输的通道，0.533%负载量石墨烯就可以使复合材料的热导率达到了2.11 W/m·K，电导率达到了45 S/m。

氮杂炭催化剂催化5-羟甲基糠醛选择性氧化制备2,5-呋喃二甲醛

滕娜, 李金龙, 路博琼, 王玉琪, 贾时宇, 王英雄, 侯相林

2019, 34(6): 593-599. doi: 10.1016/S1872-5805(19)60034-X

摘要(662)

PDF(171)

摘要:
利用氮杂炭材料作为催化剂，实现了5-羟甲基糠醛（5-HMF）选择性氧化制备2，5-呋喃二甲醛（2，5-DFF）。该氮杂炭催化剂通过壳聚糖热解制得，且壳聚糖是该催化剂的碳源和氮源，在热解过程中使用K₂CO₃作为活化剂。在不外加添加剂的情况下，该催化剂对5-HMF制备2，5-DFF展现出较高的催化活性。在120℃、7.5 h和2.0 MPa氧气条件下，5-HMF的转化率可达95.3%，2，5-DFF的选择性可达94.6%。氮杂炭催化剂表面的石墨型氮对分子氧的活化展现出高效的催化性能。同时，氧自由基的形成有利于5-HMF的氧化脱氢。氮杂炭催化剂表面的石墨型氮是5-HMF选择性氧化制备2，5-DFF的活性位点。本研究为无金属催化5-HMF选择性氧化制备2，5-DFF提供了一条新思路。

多壁碳纳米管致人肝癌细胞HepG2毒性及代谢酶表达变化

赵琢, 柳明, 杨磊, 刘伟, 王华, 刘美玲, 张秀霞, 申敬, 张园

2019, 34(6): 600-605.

摘要(394)

PDF(147)

摘要:
采用实时无标记细胞分析系统研究多壁碳纳米管（MWCNTs）对人肝癌细胞HepG2毒性作用，确定MWCNTs是否会影响肝脏代谢酶谷胱甘肽S转移酶P1（GSTP1）和细胞色素P450亚酶CYP1A1的表达。利用0.12、0.25、0.5、1和2 mg/mL的MWCNTs处理HepG2细胞24、48和72h后，采用噻唑蓝比色法（MTT）测定MWCNTs对肝癌细胞HepG2增殖的抑制作用。利用实时无标记动态细胞分析（RTCA）系统动态监测不同剂量（0.25、0.5、1 mg/mL）MWCNTs对HepG2细胞生长的影响。细胞经MWCNTs处理48 h后，实时定量荧光PCR（RT-PCR）和蛋白质印迹法（Western Blot）检测肝脏代谢酶GSTP1和CYP1A1的mRNA水平和蛋白水平的变化情况。结果显示MWCNTs可以抑制HepG2细胞的增殖，且呈一定的剂量和时间依赖性。实时无标记细胞分析法能够准确监测MWCNTs对细胞增殖的过程，并且能避免多壁碳纳米管材料对数据的干扰。经MWCNTs处理后的细胞中肝脏代谢酶GSTP1mRNA水平和蛋白水平上调，而CYP1A1的mRNA水平和蛋白水平显著下降。

Au@石墨烯量子点复合材料的制备及表面增强拉曼散射应用

王玲, 张艳, 张婧, 周健, 周雪皎

2019, 34(6): 606-610.

摘要(409)

PDF(178)

摘要:
以柠檬酸钠为还原剂，采用原位化学还原法制备了Au@石墨烯量子点复合材料。对材料进行了扫描电镜、透射电子显微镜、能谱仪、紫外可见光吸收光谱仪、X射线光电子能谱仪以及拉曼光谱仪等表征。结果表明，复合材料相比于氧化石墨烯量子点的I_G/I_D值增加，说明其石墨化程度有所提高。将复合材料应用到表面增强拉曼散射（SERS）中检测罗丹明6G（R6G），复合基底的SERS强度为Au纳米基底的9倍，是氧化石墨烯量子点基底SERS强度的12倍，表明Au@石墨烯量子点复合材料在SERS检测中具有潜在应用。

《新型炭材料》第34卷总目次

2019, 34(6): 611-618.

摘要(127)

PDF(79)

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