【摘 要】
:
将废弃资源转化为能源储存材料是一种变废为宝,解决当前能源短缺、改善环境问题的新方向.本文采用熔盐一步炭化活化法,结合聚磷酸铵(APP)共掺杂技术,将废旧棉织物制备出氮/磷共掺杂的棉基活性炭材料.通过扫描电镜(SEM)、氮气吸附脱附仪(BET)、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS)对材料的形貌、结构和成分进行表征分析,同时使用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)对材料的电化学性能进行测试.结果表明,将废旧棉织物与APP混合后,在ZnCl2/KCl熔盐介质中经炭化活化处理得到氮/磷共掺杂活
【机 构】
:
生物质纤维及生态染整湖北省重点实验室,武汉纺织大学 化学与化工学院,湖北 武汉 430200
论文部分内容阅读
将废弃资源转化为能源储存材料是一种变废为宝,解决当前能源短缺、改善环境问题的新方向.本文采用熔盐一步炭化活化法,结合聚磷酸铵(APP)共掺杂技术,将废旧棉织物制备出氮/磷共掺杂的棉基活性炭材料.通过扫描电镜(SEM)、氮气吸附脱附仪(BET)、拉曼光谱仪(Raman)和X射线光电子能谱仪(XPS)对材料的形貌、结构和成分进行表征分析,同时使用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)对材料的电化学性能进行测试.结果表明,将废旧棉织物与APP混合后,在ZnCl2/KCl熔盐介质中经炭化活化处理得到氮/磷共掺杂活性炭,BET比表面积为751 m2·g?1,在三电极体系中比电容高达423 F·g?1(电流密度为0.25 A·g?1时),在5 A·g?1的大电流密度下经5000圈循环后其容量保持率高达88.9%.同时,将其组装成对称型超级电容器时,在200 W·kg?1的功率密度下其能量密度为28.67 Wh·kg?1.这种将废弃棉织物资源转化为储能材料的方法成功实现了废弃纺织物的高附加值再利用.“,”Transforming waste resources into energy storage materials is a new way to convert them into value-added products and help solve the problems of energy shortage and environmental pollution. A nitrogen-phosphorus co-doped activated carbon was synthesized from waste cotton fabric by combining carbonization and activation in ammonium polyphosphate and a molten salt sys-tem (ZnCl2 and KCl with a molar ratio of 52:48). The morphology, microstructure and composition of the activated carbon were characterized by SEM, nitrogen adsorption, Raman spectroscopy and XPS. Cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge were used to test the supercapacitor performance of the activated carbon. Results show that the co-doped activated carbon had a spe-cific surface area of 751 m2·g?1, a specific capacitance of 423 F·g?1 at a current density of 0.25 A·g?1, and a capacitance retention rate of 88.9% after 5000 cycles at a current density of 5 A·g?1. The energy density was 28.67 Wh·kg?1 at a power density of 200 W·kg?1 for a symmetrical supercapacitor using the activated carbon.
其他文献
位错是异质外延单晶金刚石合成过程中的重要线缺陷,而降低位错密度是金刚石在电子器件领域上应用的显著挑战.本文以降低Ir衬底上异质外延金刚石膜中位错密度为目标,首先对该过程中的位错产生、类型、表征等进行阐释,然后从理论与工艺相结合的角度总结了加剧位错反应(增加外延层厚度,偏轴衬底生长)、除去已有位错(横向外延过度生长,悬挂-横向外延生长,图形化形核生长)及其他方法(三维生长法、金属辅助终止法、采用金字塔型衬底法)在降低金刚石位错密度方面的最新进展,随后结合经典的大失配异质外延半导体体系降低位错的理论,提出了衬
以NaCl为模板、结合冷冻干燥技术合成了多孔炭复合V2O3纳米材料,研究其用作锂离子电池负极材料的动力学特征,并与商业化活性炭构建锂离子电容器,测试其电化学性能.结果表明,多孔炭复合V2O3纳米材料具有赝电容行为,所构建的锂离子电容器同时具有高能量、高功率和长效循环稳定性,是一种很有前景的锂离子电容器负极材料.
石墨烯材料由于比表面积大、导电性能好,被作为正极材料与多孔炭材料一起用于锂离子电容器.石墨烯材料在制备和使用过程中易发生片层堆叠积聚,难以保证单层存在.堆叠会影响材料的电子结构进而影响量子电容.为了考察层间相互作用对石墨烯电子结构和量子电容性能的影响规律,基于密度泛函理论计算,本文系统研究了堆叠对于多种缺陷结构石墨烯材料的量子电容、表面电量等性能的影响.计算发现,由于层间相互作用以及基底层提供了部分电荷,单层石墨烯堆叠后量子电容性能增加,并且相较于完整和表面带有点缺陷的石墨烯,掺N双层石墨烯的量子电容提升
以石油沥青为原料,通过空气氧化稳定化及炭化方法成功制备出钠离子电池用硬炭负极材料.研究了不同氧化稳定化温度下样品组成、结构的变化,及其对炭化样品形貌、结构和储钠性能的影响.结果表明,空气氧化处理可以引入大量的含氧官能团,诱导脱氢缩合和氧化交联反应的发生,使石油沥青发生由热塑性向热固性的转化.空气氧化稳定化处理有效地阻碍了沥青在高温炭化中固有的石墨化倾向,使碳层堆叠变得无序、同时产生更多的缺陷位.电化学测试结果表明,在100 mA g?1的电流密度下,与直接炭化样品PDC-1400相比,350℃氧化稳定化、
锂硫电池由于其高能量密度和低廉的价格,将在未来的储能领域得到广泛应用.然而,它面临许多挑战,特别是在硫的负载和可溶性多硫化物的穿梭效应方面.为了解决这些问题,本文设计了一种三维多级孔炭材料(3D-HPC)作为锂硫电池中硫的载体.采用模板法,在去除模板剂聚甲基丙烯酸甲酯和氧化锌后得到了三维多孔结构.电镜和BET测试表明相互连通的大孔道与大量的大尺寸介孔协同构成了三维导电碳网络.三维网络有利于离子和电子的转移,同时通过较大尺寸的孔缓解阴极的体积膨胀,多级孔通过毛细凝结抑制了穿梭效应.电化学测试结果表明,3D-
水热炭化是一种类似煤矿化过程将生物质低能耗转化为炭材料的方法,但这种方法得到的水热炭比表面积较低,限制了其直接作为吸附剂在CO2捕集方面的应用.本文以壳聚糖为前体通过水热炭化联合低浓度KOH活化,制备出高比表面积氮掺杂多孔炭材料,采用氮气物理吸附仪、扫描电镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)研究水热炭化过程中熔融盐和活化温度对多孔炭材料孔结构及其CO2吸附性能的影响.结果表明升高活化温度能够有效增加孔隙率.水热过程中存在的熔融盐在600和700℃活化时会引起比表面积适度降低,这是由于存在的盐可能在水热炭
在炭基电极材料中引入氧化还原赝电容是提升其比电容的有效手段,有望解决炭基超级电容器低能量密度的瓶颈.本文通过原位电化学氧化,在B、N掺杂二维纳米炭片电极上引入电化学活性含氧官能团,以显著提升炭基电极的赝电容,并研究了B、N掺杂炭在不同氧化工艺下的表面组成和电容性能变化.结果表明,B、N掺杂可以提升氧化电极的电子传输和电荷转移,有效促进电化学氧化效果,提高电极的赝电容.此外,相比于恒压氧化工艺,循环伏安氧化方法可以有效提升炭电极的氧化深度和总氧含量,并且也有利于选择性地生成以电化学活性的醌基为主的含氧官能团
具有独特三维框架结构的钠超离子导体型磷酸钒钠是非常具有前景的钠电正极材料.在本工作中,两种碳源被选择作为原材料,通过溶胶凝胶法制备了碳包覆的磷酸钒钠.深入研究了不同炭材料对晶体结构、形貌特征、动力学特性以及电化学储钠特性的影响.结果表明柠檬酸作为碳源制备得到的磷酸钒钠,具有更大的晶胞体积和更小的粒子尺寸,导致了拓宽的离子迁移通道和缩短的离子迁移路径,进而提高动力学特性.该材料表现出优异的电化学特性,在0.1 C下可以释放112.3 mAh g?1的容量.在1 C循环200圈下容量保持率接近100%.由于快
通过煅烧前驱体聚磷腈,制备了掺杂N,P和O的羧基官能化炭材料(CS―COOH).利用TEM,SEM,XPS和FTIR技术确定了CS―COOH结构.研究了CS―COOH从水溶液中吸附U(VI)情况,结果表明,吸附动力学符合准二级动力学模型,通过Langmuir模型计算得到在298 K下材料的最大吸附量为402.9 mg/g.CS―COOH在5次吸附-解吸循环后表现出良好的吸附结果.根据XPS分析,材料较好的U(VI)吸附能力主要归因于羧基及杂原子与铀酰离子之间的强共价键结合.“,”A N, S, P co-
基于浒苔中海藻酸钙的“蛋盒”结构,对浒苔炭化产物进行盐酸酸洗处理,去除海藻酸钙中的钙离子,形成“蛋盒”式初始孔结构.以酸洗处理后的炭化产物为前驱体,采用KOH活化法制备浒苔基分级多孔活性炭,并研究活性炭的孔结构特性及电化学性能.研究表明:浒苔基活性炭具有分级多孔结构,其比表面积(SBET)高达3283 m2 g?1,其中介孔提供了66%以上的比表面积.当用作超级电容器电极材料时,即使在较高的电流密度下,浒苔基活性炭也表现出优异的电化学性能.当电流密度为0.1 A g?1时,浒苔基活性炭的比电容为361 F