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Synthesis ofγ-mns/nanoporous carbon/reduced graphene oxide composites for high-performance supercapacitor

Carbon Resources Conversion 2022年第3期5卷 222-230页

作者： Abiola Ganiyat Olatoye Jie Zhang Qianyu Wang Erping Cao Wenli Li Emmanuel Oluwaseyi Fagbohun Yanbin Cui State Key Laboratory of Multiphase Complex Systems Institute of Process EngineeringChinese Academy of SciencesBeijing 100190China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

In the present work,nanoporous carbon(NPC)was prepared from a metal-organic framework(zeolite imidazolate framework 8,ZIF-8).Different concentrations of graphene oxide(GO)were used to make NPC/reduced graphene oxide(NPC/rGO-x,x=0.5,1.0,1.5,and 2.0)composites,and thenγ-mns/NPC/rGO-1 composite was synthesized via a simple hydrothermal technique.The electrochemical characteristics of porous carbon composites(NPC/rGO-x)andγ-mns/NPC/rGO-1 electrodes were investigated by galvanostatic charge and discharge,cyclic voltammetry,and electrochemical impedance spectroscopy.NPC/rGO-1 showed the highest specific capacitance of 207 F/g at 0.5 A/g.Also,theγ-mns/NPC/rGO-1 electrode demonstrates exceptional electrochemical performance with a high specific capacitance of 300 F/g at 0.5 A/g and impressive cyclic stability of 70%capacitance retention after 10,000 cycles at 1 A/g.As a result,this study demonstrates thatγ-mns/NPC/rGO-1 electrode can be considered a promising candidate for high-performance supercapacitors.

关键词： Metal-organic framework Nanoporous carbon Reduced graphene oxide γ-mns Supercapacitor

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一种新型复合球墨铸铁孕育剂的研制

一种新型复合球墨铸铁孕育剂的研制

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作者：王伟山东大学

学位级别：硕士

球墨铸铁是工业上应用最广泛的金属材料之一,球墨铸铁以其高强度、高塑韧性、良好的抗疲劳能力和铸造性能以及较低的生产成本而应用越来越广泛,并逐步替代铸钢件。孕育处理是球铁生产中不可缺少的一个环节,其目的在于增加石墨球的数量... 详细信息

球墨铸铁是工业上应用最广泛的金属材料之一,球墨铸铁以其高强度、高塑韧性、良好的抗疲劳能力和铸造性能以及较低的生产成本而应用越来越广泛,并逐步替代铸钢件。孕育处理是球铁生产中不可缺少的一个环节,其目的在于增加石墨球的数量、提高其圆整度、细化石墨球、防止球化衰退、降低白口倾向、防止在共晶团间形成自由渗碳体等。球墨铸铁在生产中普遍应用的孕育剂是75硅铁,但其孕育效果较差,为消除自由渗碳体,需要加入量较大,然而为了控制终硅量,则必须降低原铁水的含硅量,这就给回炉料的利用带来了一定难度。而孕育效果非常强的孕育剂,加入较少的量就能达到和普通孕育剂相同的孕育效果,而且增硅也少,这样就可以适当地提高原铁水的含硅量,进而提高了对回炉料的利用率,从而降低生产成本。本论文通过反复试验研制出一种由Fe2O3、FeS、Bi2O3、CaSi四种物质组成的新型复合高效孕育剂,为了确定孕育剂中各种物质的最佳成分配比,我们通过向牌号为QT500-7的球铁铁水中加入此种孕育剂进行了三因素三水平的正交试验。通过对正交试验结果进行极差分析确定出孕育剂中各成分的最佳配比。然后继续探讨了这种新型孕育剂对球墨铸铁微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,新型复合孕育剂的主要成分组成为：Bi4-8%,03-5%, S1-2%, Si40-50%,余量为Ca,其加入量为铸件重量的0.1wt%,在向牌号为QT450-10的球铁铁水中加入此种新型孕育剂后球铁组织中的石墨球数明显增多,由264个/mmm2增加至325个/mm2,石墨球数的增多有助于铁素体含量的增加,另外球化级别也由添加前的4级提高到3级,从而使铸件达到较好的综合力学性能,尤其是伸长率得到了很大的提高,从添加前的14.35%提高到现在的18.15%,提高了3.8%。另外,随着新型孕育剂的加入,球墨铸铁梯形试块的厚度由50mmm减少到10mm,其硬度值从177.0N/mm2增加到232.7N/mm2,硬度值增加了55.7N/mm2,相对于添加前的从165.7N/mm2增加到236.3N/mm2,增加了70.6N/mm2,增加的幅度较小,这说明由于厚度的变化引起的断面敏感性较小,这就为生产厚大变截面球铁件提供了一种高效的复合新型孕育剂,使不同厚度部位的力学性能都能达到要求。扫描电镜和能谱分析的结果表明,在不同牌号的球铁铁水中添加这种新型孕育剂后,从球墨铸铁中萃取出来的石墨球绝大多数呈现出近似圆球的形状,而不添加新型孕育剂时石墨球有很多呈现出各种典型的不圆整状态,比如,蠕虫状、椭球状、棒状等。由此可见,新型孕育剂的添加有利于石墨球圆整度的提高。接着我们采用萃取球墨-压扁法、层磨法、高温烧结后石墨球核心物质的分析等各种途径对石墨球核心物质的分析可以得出,微量元素O、S、Bi等在石墨球形核的过程中起着至关重要的作用,正是它们与铁水中的各种金属元素发生反应生成各种氧化物、硫化物以及金属间化合物等,增加了石墨球形核的核心,从而达到增加石墨球数量,提高其圆整度的作用。透射电镜研究结果表明,石墨的核心物质可能是一个颗粒,也可能是两个颗粒连在一起共同作为石墨核心,其尺寸大都为2-3um,由选区电子衍射图谱标定的结果可知,核心物质确实存在γ-mns。综合XRD、EDS以及TEM的测试结果,我们推断石墨核心的发源地为Mn、Ca、Mg等的硫化物以及金属间化合物CeBi,外层为顽辉石MgO·SiO2及镁橄榄石2MgO·SiO2,通过孕育处理引入Ca后,反应生成了六方硅酸盐CaO·SiO2、CaO·Al2O3·2SiO2,它们与石墨的晶格失配度较低,石墨可以在其表面上形核析出。

关键词：球墨铸铁孕育剂形核微量元素 γ-mns

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