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简便制备三维多级FeO/碳纳米纤维一体化电极及其储钠性能研究

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储能科学与技术 2023年

作者：郭俊朋孙琦陈月芳赵玉文杨欢张志佳天津工业大学材料科学与工程学院量子材料与器件研究院膜分离与膜过程国家重点实验室天津工业大学机械工程学院

作为钠离子电池负极材料之一的铁氧化物，其理论比容量高，但在循环过程中会发生较大的体积膨胀，表现出明显的容量衰减。以柔性碳基材料为基底原位构建纳米结构的金属氧化物可作为一种缓解其体积膨胀的有效手段。本文采用化学气相沉积... 详细信息

作为钠离子电池负极材料之一的铁氧化物，其理论比容量高，但在循环过程中会发生较大的体积膨胀，表现出明显的容量衰减。以柔性碳基材料为基底原位构建纳米结构的金属氧化物可作为一种缓解其体积膨胀的有效手段。本文采用化学气相沉积法在泡沫铜上原位生长了多孔碳纳米纤维(CNFs)，以此为柔性导电基底，通过盐溶液浸渍与退火相结合的简便方法制备得到三维多级Fe3O4/碳纳米纤维(3D Fe3O4/CNFs)一体化电极电极，并将其用作钠离子电池负极。使用X射线光电子能谱(XPS)，拉曼光谱(Raman)，扫描电子显微镜(SEM)对样品进行组分分析及形貌表征。使用恒流充放电(GCD)，循环伏安(CV)，电化学阻抗(EIS)对其进行电化学性能表征。结果表明，尺寸在50～100 nm的纳米棒状Fe3O4均匀分散在多孔碳纳米纤维上，构建出富含孔隙的三维多级结构。在0.1 A/g的电流密度下，3D Fe3O4/CNFs一体化电极经过100圈循环后，其比容量可达893.4 mAh/g，优于CNFs电极，并表现出更快的钠离子扩散动力学，同时具有较好的电化学可逆性。本文为金属氧化物/碳基复合电极研究提供了思路与实验依据。

关键词：碳纳米纤维 Fe O 三维多级结构钠离子电池负极

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碳纳米纤维吸附储氢性能评价

太阳能学报 2005年第1期26卷 14-18页

作者：张超鲁雪生顾安忠上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200030

利用N_2(T=77K)、H_2(T=298K)在三种碳纳米纤维材料中的吸附等温线,对这三种材料的吸附储氢性能进行了评价。以N_2在77K下的吸附等温线为基础,分别用BET方法和BJH方法计算了这三种材料的比表面积和孔径分布,讨论了比表面积、孔径分布和... 详细信息

利用N_2(T=77K)、H_2(T=298K)在三种碳纳米纤维材料中的吸附等温线,对这三种材料的吸附储氢性能进行了评价。以N_2在77K下的吸附等温线为基础,分别用BET方法和BJH方法计算了这三种材料的比表面积和孔径分布,讨论了比表面积、孔径分布和吸附性能之间的关系。计算和实验结果表明:这三种材料均只含有少量的微孔,吸附性能较差。在三种后处理方法中,以水蒸气氧化法的效果最好,所得材料比表面积最大, 微孔容积所占比例也最大,相应的吸附性能也最好。

关键词：碳纳米纤维吸附储氢储氢性能性能评价

碳纳米纤维结构设计及其对水污染物吸附机制的研究进展

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纺织学报 2020年第8期41卷 135-144页

作者：方舟宋磊磊孙保金李文肖张超闫俊陈磊天津市特种设备监督检验技术研究院天津300192 天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 中航装甲科技有限公司天津300304 苏州市相城检测股份有限公司苏州215110

为促进碳纳米纤维(CNFs)在污水污染物吸附领域的应用,针对性开发具有高吸附性能的CNFs吸附剂,分别综述了静电纺丝法、化学气相沉积法、模板法以及绿色环保法制得的CNFs吸附剂的结构设计、制备、功能化改性原理等,着重分析了各CNFs吸附... 详细信息

为促进碳纳米纤维(CNFs)在污水污染物吸附领域的应用,针对性开发具有高吸附性能的CNFs吸附剂,分别综述了静电纺丝法、化学气相沉积法、模板法以及绿色环保法制得的CNFs吸附剂的结构设计、制备、功能化改性原理等,着重分析了各CNFs吸附剂的吸附机制,列举了多种CNFs对污水中重金属离子、阳离子染料及有机污染物的吸附性能,探讨了不同方法制得的CNFs在制备效率、结构、吸附性能、重复利用性能等方面的优劣势,并阐述了CNFs吸附剂在电除盐、离子测定等其他领域的应用拓展;最后提出了低成本产业化制备、多污染物广泛吸附、力学性能提升、驻极辅助吸附、循环利用及其应用领域拓展等为今后CNFs吸附剂发展的重点方向。

关键词：碳纳米纤维水体污染物吸附性能产业化制备污水处理

基于改性聚丙烯腈纳米纤维的铁锰脱硫剂构筑及其脱硫性能

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低碳化学与化工 2024年

作者：李浩文张曼费鹏飞李甫米杰王建成冯宇太原理工大学轻纺工程学院太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室太原理工大学煤科学与技术教育部重点实验室

聚丙烯腈(PAN)纳米纤维对金属离子吸附量较低，由此制备的脱硫剂性能较差。选取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和盐酸羟胺(HAC)分别对PAN纳米纤维进行改性，通过静电纺丝和表面改性得到了改性载体前驱体，后通过浸渍和热处理制得了铁锰双金属脱硫... 详细信息

聚丙烯腈(PAN)纳米纤维对金属离子吸附量较低，由此制备的脱硫剂性能较差。选取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和盐酸羟胺(HAC)分别对PAN纳米纤维进行改性，通过静电纺丝和表面改性得到了改性载体前驱体，后通过浸渍和热处理制得了铁锰双金属脱硫剂。研究了PVP添加量、HAC改性温度和金属盐浓度对脱硫剂结构和性能的影响。SEM分析表明，PVP和HAC改性均能得到具有良好纤维形貌的脱硫剂，活性组分在纤维表面分散性良好。TEM和XPS分析表明，Fe2O3和MnO2成功负载在纤维表面。XRD分析表明，脱硫剂硫化后生成了Fe7S8。织构性质分析表明，改性后脱硫剂的比表面积明显提升，未改性脱硫剂为5.91 m2/g，改性脱硫剂最优为8.10 m2/g(PVP改性)和14.23 m2/g(HAC改性)。ICP-OES分析表明，改性明显提高了脱硫剂活性组分负载量，活性组分负载量(质量分数)从0.93%提升至最高22.65%(PVP改性)和30.97%(HAC改性)。脱硫性能测试表明，改性得到的铁锰双金属脱硫剂的穿透硫容(以100 g脱硫剂脱除的硫化氢质量计)由0.75 g分别提升至最高4.72 g(PVP改性)和6.70 g(HAC改性)。

关键词：煤气脱硫静电纺丝碳纳米纤维铁锰脱硫剂改性

碳纳米纤维的酸处理及其负载Pd-Pt的催化萘加氢活性

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物理化学学报 2005年第7期21卷 730-734页

作者：唐天地陈久岭李永丹天津大学化工学院催化科学与工程系天津300072

采用浓硝酸和浓硫酸混和液(90、120、150℃)处理鱼骨类和平行类碳层排布的碳纳米纤维.运用高分辨电镜、红外光谱和离子交换对碳纳米纤维的表面性质进行了表征,并考察了以两种碳纳米纤维为载体的Pd-Pt催化萘加氢活性.结果表明,碳纳米纤... 详细信息

采用浓硝酸和浓硫酸混和液(90、120、150℃)处理鱼骨类和平行类碳层排布的碳纳米纤维.运用高分辨电镜、红外光谱和离子交换对碳纳米纤维的表面性质进行了表征,并考察了以两种碳纳米纤维为载体的Pd-Pt催化萘加氢活性.结果表明,碳纳米纤维的碳层排布不同使混酸处理的鱼骨类表面生成的极性含氧基团的量明显高于平行类表面,以前者为载体得到Pd-Pt催化剂金属颗粒的分散程度明显高于后者,其负载的Pd-Pt催化萘加氢活性也较高.

关键词：碳纳米纤维表面结构表面含氧基团负载Pd-Pt催化剂萘加氢反应

碳纳米纤维负载Pd-Pt催化剂的萘加氢耐硫性能

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Chinese Journal of Chemical Physics 2005年第1期18卷 1-3页

作者：唐天地陈久岭李永丹天津大学化工学院催化科学与工程系天津300072

Catalytically-grown carbon nanofibers of two different conformations, fishbone and parallel types of the arrangement of carbon layers, were employed as the support of Pd-Pt metal catalysts for the hydrogenation of naphthalene to tetralin. The sulfur tolerance of the catalyst system was investigated with the addition of 0.05% thiophene to the reactant of naphthalene in the process. The dispersion of Pd-Pt metal particles on the support was observed with a HREM and a pulsed hydrogen chemisorption method. The hydrogenation reaction of naphthalene was carried out in a CSTR at 250℃ and with the hydrogen pressure of 6 MPa. The results showed that the Pd-Pt catalyst supported on the carbon nanofibers was active in the process. The Pd-Pt metal catalyst supported on the parallel carbon nanofibers showed a higher sulfur tolerance than that on the fishbone carbon nanofibers. The reason may be attributed to their different conformations of the carbon layers, which leads to the different interaction of carbon layers with the supported metal particles.

关键词：碳纳米纤维 Pd-Pt催化剂萘加氢耐硫性

碳纳米纤维与环氧树脂单体相互作用的分子动力学模拟

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高分子学报 2015年第10期25卷 1158-1164页

作者：陈生辉孙霜青 Steven R Gwaltney 李春玲王秀民胡松青中国石油大学(华东)理学院青岛266580 密西西比州立大学化学系美国密西西比州39762 中国石油大学(华东)山东省高校新能源物理与材料科学重点实验室青岛266580

利用分子动力学模拟方法,以双酚A型环氧树脂(DGEBA)和异佛尔酮二胺(IPD)分子为研究对象,对环氧树脂单体体系与碳纳米纤维表面之间的相互作用进行了分析.研究结果表明,环氧树脂单体分子受到碳纳米纤维的吸引作用,能够在碳纳米纤维表面形... 详细信息

利用分子动力学模拟方法,以双酚A型环氧树脂(DGEBA)和异佛尔酮二胺(IPD)分子为研究对象,对环氧树脂单体体系与碳纳米纤维表面之间的相互作用进行了分析.研究结果表明,环氧树脂单体分子受到碳纳米纤维的吸引作用,能够在碳纳米纤维表面形成了浓度较高的界面相,且在界面相内IPD分子浓度高于其体相浓度,而DGEBA分子浓度低于其体相浓度;界面相内,DGEBA的分子结构更加伸展,而IPD分子结构未发生明显变化;碳纳米纤维表面能够抑制界面相内单体分子的运动,其中在垂直于表面方向上的抑制作用最强.通过分析单体分子的结合能密度可知,碳纳米纤维与IPD分子的结合强度大于其与DGEBA分子的结合强度,这与前面的结果相吻合.

关键词：分子动力学模拟环氧树脂碳纳米纤维界面相相互作用

铁基碳纳米纤维脱硫剂结构调控中的微波效应及性能研究

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铁基碳纳米纤维脱硫剂结构调控中的微波效应及性能研究

作者：张鑫太原理工大学

学位级别：硕士

煤炭燃烧和转化中产生的各种气体污染物排放到空气中会带来雾霾、酸雨和光化学烟雾等一系列环境问题。煤气化技术已成为煤炭清洁转化的关键环节,但煤中的硫元素在气化过程中会生成HS并转移到合成气中,继而引发设备腐蚀、催化剂中毒和下... 详细信息

煤炭燃烧和转化中产生的各种气体污染物排放到空气中会带来雾霾、酸雨和光化学烟雾等一系列环境问题。煤气化技术已成为煤炭清洁转化的关键环节,但煤中的硫元素在气化过程中会生成HS并转移到合成气中,继而引发设备腐蚀、催化剂中毒和下游产品污染等问题。因此,煤气化气中HS的脱除是煤炭清洁高效利用的重要前提。常见的脱硫工艺中,干法脱硫更多用于中高温场合,具有脱硫精度高和温度操作窗口宽等优势。目前,高性能脱硫剂的制备是干法脱硫技术发展的核心,而将载体材料引入脱硫剂的制备被认为能够优化脱硫剂的结构与脱硫性能。在众多载体中,碳纳米纤维具有连通的内部结构、高比表面积和可调的孔结构等特性,用作脱硫剂载体时,能够实现活性组分的高度分散并促进脱硫反应的扩散传质。静电纺丝是一种可以连续制备纳米纤维的高效可控技术,但静电纺丝初生纤维转化为碳纳米纤维通常采用常规加热,表现出缓慢且低效的缺点。相反,微波加热不仅具有省时高效,提高物料反应速率的优势,还具有体加热和选择性加热等特点,使制备材料具有优于常规加热样品的孔隙结构和性能。本文首先探究了乙酰丙酮铁(Fe(acac))/聚丙烯腈(PAN)初生纤维的静电纺丝制备工艺,并对初生纤维的热分解行为进行了研究;其次,分别以常规加热和微波加热制备了铁基碳纳米纤维复合脱硫剂,对比分析了微波加热对材料理化性质及脱硫性能的影响规律;最后,通过控制活性组分前驱体含量,探究了前驱体热分解过程对脱硫剂微观结构及脱硫性能的调控规律,在此基础上,进一步采用软模板法和硬模板法对脱硫剂结构进行了优化,明确了铁基碳纳米纤维复合脱硫剂的构效关系。具体研究结论如下:(1)考察了静电纺丝过程中外加电压、注射速度和接收距离对Fe(acac)/PAN初生纤维形貌的影响。研究发现,随着外加电压的提高,纤维直径逐渐减小,而过低和过高的电压则会影响射流稳定性;注射速度的提高不仅会使纤维直径增大,同时还会使泰勒锥形态发生改变;接收距离的变化与电场强度呈现反比关系,会对射流的拉伸劈裂以及溶剂挥发等产生影响。结果表明,当外加电压为13/-1 k V、注射速度为0.09 mm/min和接收距离为150 mm时,初生纤维具有均匀连续的形貌和集中的直径分布(338±35 nm)。此外,通过对比纯PAN纳米纤维和初生纤维的热分解行为,明确了初生纤维的预氧化温度为280°C。(2)考察并对比了常规加热和微波加热对铁基碳纳米纤维复合脱硫剂整体性质和性能的影响。研究表明,由常规加热制备的脱硫剂呈现无孔的织构性质(比表面积和孔体积分别在11.00至17.00 m/g和0.05至0.06 cm/g),其活性组分以无定形FeO存在;基于微波辐射的热效应,微波加热在短时间内即可完成初生纤维的碳化过程,进而合成了以零价Fe作为活性组分的碳纳米纤维复合脱硫剂。同时,零价Fe颗粒与微波辐射间的耦合作用使得其向纤维外表面扩散的同时优化了脱硫剂结构(比表面积和孔体积分别在220.00至270.00 m/g和0.20至0.27 cm/g),使脱硫剂表现出更好的脱硫性能,其最高的穿透硫容为3.81 g硫/100 g脱硫剂。(3)考察了活性组分前驱体含量对铁基碳纳米纤维复合脱硫剂微观结构的影响。分析表明,脱硫剂的比表面积和孔体积随前驱体含量的提高而逐渐增大,但过高的前驱体含量会导致碳化后活性组分的团聚,相应地,脱硫剂的穿透硫容随活性组分前驱体含量的增加呈现出先增大后减小的趋势(最高穿透硫容为7.21 g硫/100 g脱硫剂)。在此基础上,进一步采用软、硬模板法对脱硫剂结构进行了优化。结果表明,聚甲基丙烯酸甲酯的引入在一定程度上提高了脱硫剂的比表面积和孔体积,使得脱硫剂的穿透硫容和活性组分利用率有所提高;二氧化硅纳米球的引入则成功赋予了脱硫剂更多大孔结构和外表面积,使活性组分晶粒尺寸更小且分散程度更高,有助于强化脱硫反应扩散传质及提升脱硫性能,结构优化后脱硫剂的最高穿透硫容为14.18 g硫/100 g脱硫剂。

关键词：中高温煤气脱硫脱硫剂碳纳米纤维静电纺丝微波加热

PAN基碳纳米纤维的掺杂改性及储能性能研究

同方学位论文库评论

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PAN基碳纳米纤维的掺杂改性及储能性能研究

作者：龙必江武汉科技大学

学位级别：硕士

碳材料被认为是最有希望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。同时,硬碳材料作为难石墨化的碳材料,由于其独特的层状结构和大量的空位缺陷,在锂/钠离子电池负极材料的应用中具有一定的优势和潜力。但是硬碳材料由于自身的一些结构(... 详细信息

碳材料被认为是最有希望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。同时,硬碳材料作为难石墨化的碳材料,由于其独特的层状结构和大量的空位缺陷,在锂/钠离子电池负极材料的应用中具有一定的优势和潜力。但是硬碳材料由于自身的一些结构(无定形)局限,在充放电时候会阻碍电子的迁移和传输,导致倍率性能(稳定性)总是差强人意。因此我们采用两种有效的改性方法,去优化硬碳材料的结构和缺陷,来提升碳材料在储锂/钠上的性能。在静电纺丝技术基础下,一种方法是通过优化杂原子(硫)掺杂碳纳米纤维,提升材料导电性同时增加更多钠离子活性位点。另一个工作是通过过渡金属有机配位体与碳纳米纤维复合,修饰碳纳米纤维结构,提升更多储锂位点,实现倍率性能和可逆容量的共同提升。(1)本文报道了一种高活性硫掺杂碳纳米纤维(S-CNFs)电极材料,通过一步硫化和碳化作为钠离子电池的自支撑负极材料,且不经过预氧化。研究结果表明,S-CNFs电极具有较大的层间距离(4.1?)、较高的C-S键含量和更强钠离子吸附能。此外,制备的S-CNFs电极具有优异的可逆容量,在100 m A g电流密度下,经100次循环后仍具有401.9 m Ah g的可逆容量,和优异的长循环性,在5000 m A g电流密度下,1000次循环后可逆容量仍可以保持在258.3 m Ah g,接近100%库仑效率。通过硫原子掺杂,碳纳米纤维的晶体结构和电子结构进一步得到改善,更有利于钠离子的迁移和储存,从而S-CNFs表现出更优异的电化学活性。(2)在同样的碳源和静电纺丝技术下,在碳纳米纤维上原位生长出沸石咪唑骨架(ZIF-67),再经过一系列的热处理,得到了一种连续多孔碳纳米纤维膜,并且以自支撑形式作为锂离子电池负极材料,展现出较好的储锂性能。制备的Co-ZIF-CNFs样品在100 m A g电流密度下经过100次循环,其可逆容量为604.9 m Ah g;即使在2000 m A g的大电流密度下经1000次循环后,容量仍然保持在391.8 m Ah g。利用ZIF-67良好的热稳定性和多孔的结构优势,保证电极材料完整的三维结构,同时又提供更多的储锂位点,从而提升材料的储锂性能。

关键词：静电纺丝碳纳米纤维杂原子掺杂负极材料锂/钠离子电池