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菲醌修饰多孔碳纳米管复合材料的制备及其在对称超级电容器中的应用

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3281-3291页

作者：杜豪吉婷赵杰王建中冒慧敏贵州大学化学与化工学院贵阳550025 四川中雅科技有限公司雅安625000

为获得具有优异电化学性能的超级电容器电极材料,首先依次对实验合成的聚吡咯(PPy)纳米管进行碳化处理和活化处理来制备层级多孔碳纳米管(PCNTs)。然后用一步溶剂热法将9,10-菲醌(PQ)分子通过π-π堆积作用进一步修饰到PCNTs表面得到PQ... 详细信息

为获得具有优异电化学性能的超级电容器电极材料,首先依次对实验合成的聚吡咯(PPy)纳米管进行碳化处理和活化处理来制备层级多孔碳纳米管(PCNTs)。然后用一步溶剂热法将9,10-菲醌(PQ)分子通过π-π堆积作用进一步修饰到PCNTs表面得到PQ分子非共价修饰的PCNTs复合材料(PQ/PCNTs)。不仅对合成的复合材料进行了形貌表征,而且还通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)研究了具有不同PQ分子负载率的复合材料(PQ/PCNTs)的超级电容性能。实验结果表明:PQ分子与PCNTs质量比为5∶5的复合材料的电化学性能最好,在1 A·g^(-1)的电流密度下的比容量可以达到407.7 C·g^(-1)。同时复合材料表现出优异的倍率性能(电流密度为50 A·g^(-1)时的比容量为307.3 C·g^(-1))和循环稳定性能(在10 A·g^(-1)电流密度下循环10,000次后电容保持率为91.4%)。为了进一步研究复合材料的实际应用性能,以PQ与PCNTs质量比为5∶5作为电极材料组装了对称超级电容器,组装后的对称超级电容器可提供高达21.5 W·h·kg^(-1)的能量密度和0.8 kW·kg^(-1)的功率密度。

关键词：多孔碳纳米管 9,10-菲醌复合材料超级电容器循环稳定性

多孔碳纳米管负载Fe_(3)C纳米颗粒的电催化性能研究

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现代化工 2023年第1期43卷 201-207页

作者：谢炫豪朱夕夕蔡丰浚张强李佳忆刘雪莹曾妮张传玲合肥工业大学化学与化工学院安徽合肥230009

通过静电纺丝技术和后煅烧法成功制备了一种Fe_(3)C纳米颗粒嵌入的N掺杂多孔碳纳米管材料(Fe_(3)C-NCNT)。利用SEM、TEM、XRD、Raman、XPS等对催化剂进行表征,同时对所制备的Fe_(3)C-NCNT纳米管在电催化氧还原反应时表现出的电催化活性... 详细信息

通过静电纺丝技术和后煅烧法成功制备了一种Fe_(3)C纳米颗粒嵌入的N掺杂多孔碳纳米管材料(Fe_(3)C-NCNT)。利用SEM、TEM、XRD、Raman、XPS等对催化剂进行表征,同时对所制备的Fe_(3)C-NCNT纳米管在电催化氧还原反应时表现出的电催化活性和循环稳定性进行测试。结果表明,Fe_(3)C@NCNT表现出优异的电催化ORR性能,为制备高效非贵金属电催化剂提供了一种简便有效的通用方法。

关键词：金属有机框架电催化多孔碳纳米管静电纺丝氧还原反应

多孔碳纳米管基MnO2电极材料的制备及其性能研究

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多孔碳纳米管基MnO2电极材料的制备及其性能研究

作者：王嘉豪燕山大学

学位级别：硕士

超级电容器因其循环能力强,功率密度高,出色的稳定性等因素,而备受关注。其中对电极材料的研究一直以来都是重中之重,因为电极材料的优劣直观地反映了超级电容器性能的好坏。碳纳米管(CNTs)具有特殊的空腔结构,其自身的导电性良好,表面... 详细信息

超级电容器因其循环能力强,功率密度高,出色的稳定性等因素,而备受关注。其中对电极材料的研究一直以来都是重中之重,因为电极材料的优劣直观地反映了超级电容器性能的好坏。碳纳米管(CNTs)具有特殊的空腔结构,其自身的导电性良好,表面性质非常的稳定,在超级电容器中有很大的发展前景,但由于亲水性差、管束大量聚集、电容量较低,阻碍了其在电极材料中的应用。为了改善上述情况,本论文的主要研究内容如下:利用双氧水刻蚀碳纳米管开发了一种特殊的管壁具有多孔结构的碳纳米管(PCNTs)。PCNTs不仅保留了CNTs的优点,而且纳米孔的存在还增加了CNTs的润湿性,也为电解液渗透和离子传输提供了有效的途径。通过将CNTs和PCNTs与具有较大理论比电容的赝电容材料复合,合成了CNT/MnO2和MnO2@PCNT/MnO2复合材料。通过表征发现,MnO2纳米粒子不仅生长于管壁表面,而且填充到PCNTs管腔中。碳管的电子结构使MnO2@PCNT/MnO2管壁外的MnO2具有IV价,而在管腔内除了Mn(IV)还有Mn(III)存在。电化学测试表明,10 m V s-1时,与CNT/MnO2相比,MnO2@PCNT/MnO2的比电容提高了38.6%,并高于目前文献报道的同类材料的性能。随扫速增加,MnO2@PCNT/MnO2容量保持率为67.7%,倍率性能优异。在5 A g-1条件下,经过6000次充放电循环后,其初始容量损失不超过2%。这一新颖的电极材料性能提高的原因在于,创新性的利用了碳纳米管上的多孔性质,以及所带来的多孔碳管和管壁内外MnO2的协同作用,而且Mn(IV)/Mn(III)氧化还原电子对增加了容量存储,同时PCNTs的多孔结构有利于电荷传递,适应充放电过程中的结构变化。其次,制备了一系列杂原子掺杂的X-PCNTs(X=B,N,B/N,F),并与MnO2复合,进一步研究了不同原子掺杂对其电化学性能的影响。B原子作为电子受体进入碳晶格改变了掺杂碳的电子结构,增加了表面极性,增强了阴阳离子与碳管表面间的静电和离子-π相互作用,进而强化了电解质离子在碳管表面的吸附,提高MnO@B-PCNT/MnO比电容。在10 mV s时,MnO@B-PCNT/MnO的比电容具有368.2 F g,比MnO@PCNT/MnO提高了23.3%;但是由于B掺杂在碳纳米管骨架中,破坏了结构中的π电子对,导电性降低,因而复合材料的倍率降低。N或B/N掺杂没有破坏结构中的π电子对,对多孔碳纳米管的导电性改变不大,因而制备的复合材料的倍率与未掺杂的多孔碳纳米管制备的复合材料接近。F原子掺杂对复合材料的比电容及电化学性能的改善还需要进一步研究。

关键词：多孔碳纳米管二氧化锰超级电容器复合材料杂原子掺杂

基于修正的剪切梁模型和分子动力学的多孔碳纳米管振动特性研究

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基于修正的剪切梁模型和分子动力学的多孔碳纳米管振动特性研究

聚苯胺衍生的多孔碳纳米管对罗丹明B的吸附性能研究

第十五届全国振动理论及应用学术会议（NVTA2023）

作者：李晗郑卓群王立峰南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室

碳纳米管因其良好的振动特性可以作为制备纳米机械谐振器的材料。在碳纳米管的管壁上引入不同规格的孔洞可以调节其力学性能,进而拓宽基于碳纳米管的纳米机械谐振器的应用范围。2019年,一种多孔碳纳米管被成功合成,引起了人们的关注。... 详细信息

碳纳米管因其良好的振动特性可以作为制备纳米机械谐振器的材料。在碳纳米管的管壁上引入不同规格的孔洞可以调节其力学性能,进而拓宽基于碳纳米管的纳米机械谐振器的应用范围。2019年,一种多孔碳纳米管被成功合成,引起了人们的关注。它是一种具有周期性六原子空位缺陷的管状分子结构,空位缺陷导致的孔洞结构对其力学、电学等特性产生了很大的影响。先前的研究表明,铁木辛柯梁模型能很好的预测碳纳米管的横向振动特性。而对于多孔碳纳米管,孔洞结构会影响其弯曲和剪切刚度,因此,在构建梁模型时必须对其相关力学参数进行合理修正。本文基于连续介质力学原理,采用修正的剪切梁模型和分子动力学对多孔碳纳米管振动特性进行了详细的研究。研究结果表明,在较大的长径比下,修正的剪切梁模型能很好的预测分子动力学的结果,但随着长径比的减小,两者之间的误差逐渐增大,我们讨论了产生这种现象的可能影响因素,并尝试给出修正的剪切梁模型的适用范围。

关键词：纳米机械谐振器多孔碳纳米管修正的剪切梁模型固有频率

来源： cnki会议评论

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化学试剂 2020年第7期42卷 791-796页

作者：赵德陈国举李亦婧卢晓锋牛盼红郭勇金川集团股份有限公司镍钴资源综合利用国家重点实验室甘肃金昌737100 中国科学院兰州化学物理研究所西北植物资源化学重点实验室甘肃省天然药物重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

以聚苯胺为碳源,通过高温热解和KOH化学活化法制备了多孔聚苯胺碳纳米管(PPN),将其用于吸附罗丹明B(RhB)。PPN具有大的比表面积(2055.30 m^2/g)和孔体积(1.32 cm^3/g),对RhB的吸附容量高达433.30 mg/g。将Langmuir和Freundlich等温吸附... 详细信息

以聚苯胺为碳源,通过高温热解和KOH化学活化法制备了多孔聚苯胺碳纳米管(PPN),将其用于吸附罗丹明B(RhB)。PPN具有大的比表面积(2055.30 m^2/g)和孔体积(1.32 cm^3/g),对RhB的吸附容量高达433.30 mg/g。将Langmuir和Freundlich等温吸附模型用于研究PPN吸附RhB过程。实验结果表明,吸附模型更符合Langmuir等温吸附模型,属于均相表面的单分子层可逆吸附。准一级动力学、二级动力学和内颗粒扩散模型研究吸附动力学过程,PPN对RhB的吸附符合准二级动力学模型。PPN用于RhB吸附,在30次循环使用后,仍然表现出优异的回收率(86.9%),表明PPN是一种高效并且可以循环使用的吸附材料,具有用于废水中移除RhB的潜力。

关键词：多孔碳纳米管罗丹明B 固相萃取聚苯胺循环利用吸附剂

髙比表面多孔碳纳米管的绿色合成及其在硫锂电池中的应用研究

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髙比表面多孔碳纳米管的绿色合成及其在硫锂电池中的应用研究

作者：肖助兵温州大学

学位级别：硕士

基于硫为正极材料的锂硫电池,由于具有高的理论容量、廉价、环境友好等特点,是一种很具有前景的二次电池。但在实现商业化运用之前,两个主要的科学问题尚需解决:1)单质硫的低导电性;2)多硫化物在有机电解液中穿梭效应的发生。因此,提高... 详细信息

基于硫为正极材料的锂硫电池,由于具有高的理论容量、廉价、环境友好等特点,是一种很具有前景的二次电池。但在实现商业化运用之前,两个主要的科学问题尚需解决:1)单质硫的低导电性;2)多硫化物在有机电解液中穿梭效应的发生。因此,提高硫电极的导电性和抑制多硫化物的溶解和流失,显得尤为关键。本文采用一种简单、绿色、温和的水蒸气刻蚀方法,获得高比表面多孔碳纳米管和多孔碳,应用于锂硫电池。主要内容如下:(1)采用水蒸气刻蚀法制备了多孔碳纳米管。研究表明:经过刻蚀以后,原始碳纳米管的比表面积和孔容得到大幅度提高,同时,碳纳米管的本征管状结构得以保留。电化学测试表明:与原始碳纳米管-硫正极材料相比,多孔碳纳米管-硫的放电比容量以及循环稳定性都得到大幅度提高。在0.2C倍率下经过250次循环以后,其容量保留值约为950mAh/g。(2)在内容(1)多孔碳纳米管-硫正极材料基础上,通过在其表面涂刷一层石墨烯/二氧化钛复合物,作为夹层拦截多硫化物,得到多孔碳纳米管-硫@石墨烯/二氧化钛改性电极。该石墨烯/二氧化钛夹层质量很轻,约只占整个电极质量7.8%。同时,与原来电极性能相比,该改性电极循环稳定性与放电容量得到明显提高,在2C和3C倍率下经过1000次循环的容量衰减率分别为超低的0.01%和0.018%。(3)以丝瓜瓤为碳前驱材料,经高温退火得到多孔碳。同样以内容(1)中的水蒸气刻蚀方法对其改性,得到比表面积为360m2/g改性多孔碳。电化学测试表明:改性多孔碳-硫正极材料表现出更高的容量和更高的循环稳定性,在0.5C倍率下经过500次循环以后放电容量仍然有450mAh/g,容量保留率约为90%。

关键词：多孔碳纳米管多孔碳丝瓜瓤锂硫电池电化学性能

三维多孔碳纳米管/石墨烯/MnO2复合电极的制备与应用

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三维多孔碳纳米管/石墨烯/MnO2复合电极的制备与应用

作者：邹程雄天津工业大学

学位级别：硕士

随着化石能源的日益枯竭和环境污染日益严重,新能源的开发与应用成为时代主题,超级电容器以其突出的性能优势受到众多科研工作者的热烈追捧,然而能量密度的不足一直是亟待解决的问题,其根本途径在于设计并制备新型电极材料。碳纳米管(CN... 详细信息

随着化石能源的日益枯竭和环境污染日益严重,新能源的开发与应用成为时代主题,超级电容器以其突出的性能优势受到众多科研工作者的热烈追捧,然而能量密度的不足一直是亟待解决的问题,其根本途径在于设计并制备新型电极材料。碳纳米管(CNTs)和石墨烯(Graphene)等碳纳米材料以其独特的纳米尺寸效应、大的比表面积和良好的导电性等,广泛应用于电极材料领域,但是,单一的双电层电容器并不能满足人们对电容性能的需求,因此碳基复合电极材料的研发成为研究热点。二氧化锰的自然储备丰富,无污染且具有高的理论赝电容,是制备金属氧化物电极的绝佳选择,但其自身导电性受到极大限制。通过碳纳米材料为基体复合二氧化锰以提高电极导电性,并利用双电层与赝电容的协同效应恰好能弥补这一不足。现有复合电极材料制备工艺复杂,产物结构和均一性难以保证,且不同材料界面间的结合仍存在一定问题。因此,探索新型复合工艺体系具有重要的理论意义和应用价值。本文利用Cu30Mn70合金条带去合金化制得三维纳米多孔铜(NPC)作为非负载型纳米金属催化剂,通过化学气相沉积(CVD)法一步合成出多孔CNTs和Graphene,系统研究了催化剂、生长温度以及碳源载气等参数对合成碳纳米材料的影响,之后利用氧化还原法和水热法负载Mn02,并以该复合材料制备了超级电容器电极,研究了其电化学性能。研究结果表明：以为非负载型NPC作为催化剂,利用化学气相沉积(CVD)法可一步原位合成结构均一的纳米多孔CNTs/Graphene杂化体。NPC具有较高的催化活性,无需载体制备操作简便,催化剂分布均匀且不易团聚,在630℃还原生长可得到管径约为30-50nm的高产量纳中空米多孔CNTs,产率约220%;以NPC负载Ni/Y作做复合催化剂,在相同条件下可获得了相同形貌产物,但产率显著提高,可达680%：CVD产物经过纯化、等离子处理和活化处理后,比电容性能可由34 F/g提高至194 F/g,且具有较好的倍率性能：对改性过的碳纳米杂化体进行Mn02负载后电容性能可提升至242F/g,5000次充放电循环后,比电容保留98%,碳基体与Mn02界面结合牢靠。

关键词：复合电极化学气相沉积多孔碳纳米管石墨烯杂化体二氧化锰比电容

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超交联微孔聚合物制备多孔碳纳米管

超交联微孔聚合物制备多孔碳纳米管

自模板法合成生物质基多孔碳纳米管及其在储能和催化降解领域的应用

中国化学会2017全国高分子学术论文报告会

作者：蒋加兴王笑颜牟攀张崇陕西师范大学

近年来,多孔碳纳米管由于其独特的一维结构和高的比表面积受到了越来越多的关注

关键词：多孔碳纳米管超交联聚合物管径尺寸比表面积能量储存

来源： cnki会议评论

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自模板法合成生物质基多孔碳纳米管及其在储能和催化降解领域的应...