李文翠[1]2002年在《新型纳米材料炭气凝胶的制备、表征及应用研究》文中研究说明炭气凝胶是一种轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料，其连续的叁维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。源于其独特的网络结构，炭气凝胶具有导电性好，比表面积大、密度变化范围广的特点，是制备双电层电容器理想的电极材料。通常以间苯二酚和甲醛为原料，在碳酸钠催化作用下，经溶胶-凝胶过程、叁氟乙酸老化、超临界干燥或常压干燥及高温炭化过程可得到炭气凝胶。目前影响炭气凝胶商业化应用的主要问题是其制备工艺复杂，制备成本偏高。 本论文开发了以新原料、新催化剂制备炭气凝胶的工艺过程，期望降低炭气凝胶的制备成本。实验采用低温N_2吸附、IR、NMR、XPS、SAXS、TEM、SEM、Raman和TG等手段研究了炭气凝胶的微结构特点；对炭气凝胶的合成机理进行了合理的推测和初步的实验证实；以所制炭气凝胶作双电层电容器电极材料，采用循环伏安法和阻抗谱实验表征了相应炭气凝胶电极的电化学行为。论文工作得到了国家自然科学基金和中科院山西煤化所煤转化重点实验室基金的资助。 以Ca(OH)_2和MgCO_3为催化剂(Cat)制备了间苯二酚(R)甲醛(F)炭气凝胶。相对以K_2CO_3和Na_2CO_3为催化剂的凝胶体系，凝胶化时间大大缩短，所得气凝胶密度降低。催化剂含量(R／Cat)和反应物浓度是影响凝胶化时间和气凝胶性质的主要因素。TEM显示Ca(OH)_2为催化剂制得的RF炭气凝胶的网络结构优于K_2CO_3、Na_2CO_3催化剂制得的炭气凝胶的网络结构。 以混甲酚(C_m)、甲醛为原料，NaOH为催化剂成功合成了低密度、块状无裂纹C_mF有机气凝胶及炭气凝胶。由于增大反应物含量，所得水凝胶强度好，不需经过叁氟乙酸老化，缩短了气凝胶合成周期。目前实验条件下合成的C_mF有机气凝胶最低密度为0.062g／cm~3，相应炭气凝胶密度为0.090g／cm~3，所得气凝胶具有规则的网络结构。 将C_mF有机气凝胶炭化可以得到炭气凝胶，它继承了有机气凝胶的叁维网络结构。采用IR分析技术跟踪C_mF气凝胶的热解过程，发现400～600℃之间样品中出现石墨化结构的红外活性振动，表明炭气凝胶的微结构中开始有乱层石墨化微晶出现。C_mF气凝胶是典型的中孔材料。随热解温度的升高，气凝胶的比表面积、微孔表面积相应增加，孔径分布变窄，孔尺寸缩小，总孔容增大。采用CVD法改性RF和C_mF炭气凝胶的微结构发现苯沉积优先发生在炭气凝胶的微孔。沉积之后，样品基本不含微孔，中孔缩小，大孔向中孔过渡，样品的孔径范围集中在纳米量级。 以间甲酚(m-C)、甲醛为原料，以NaOH为催化剂经溶胶-凝胶过程和CO_2超临界干燥可得橙红色有机气凝胶，高温炭化得炭气凝胶。论文研究了水凝胶的酸老化过程，发现间甲酸甲醛水凝胶的酸老化过程中存在一个合适的酸浓度，可以使气凝胶密度最小。初步证实醋酸、盐酸可以代替较为昂贵的叁氟乙酸对水凝胶进行老化。NMR和 IR分析表明亚甲基键和亚甲基醚键是构成间甲酚气凝胶纳米网络交联结构的桥键。当m－C／Cat二3。反应物浓度为 4％，所得间甲酚有机气凝胶的最可几孔径分布为 21～3 5 nxn，具有与 RF气凝胶十当的比表面积（662 m‘／g）和极大的总孔容积（3．17cm3／g）。 以CofOHh为催化剂，固定催化剂含量（WCatX提高RF溶胶一凝胶体系的反应物浓度 （ 30％X经超临界干燥可以得到具有极大中孔容积o．53 cm3哈＞孔径分布非常集中的y炭气凝胶。高反应物浓度合成的RF凝胶可以经常压干燥得到干燥收缩率低的y炭气凝胶。省去烦琐的超临界干燥过程。 以混甲酚、间苯二酚的混合物为原料与甲醛聚合，经常压干燥可得到干燥收缩率低。机械强度高的Cmy有机气凝胶。CmRF有机气凝胶高温炭化可得到炭气凝胶。这一合成路线简化了炭气凝胶的制备工艺，显着降低了炭气凝胶的制备成本。随混甲酚用量的增加，常压干燥收缩率、有机气凝胶密度、热解损失、热解收缩及相应炭气凝胶的密度均有不同程度增加。当混甲酚用量达到 70 t％时，CmRF炭气凝胶仍具有较高的比表面积N05 thZ电X较大的孔容积O石2 Cffi3乍）和集中的孔径分布。拉曼光谱测试表明当初始溶液中添加 50～60 Wt％的混甲酚时，所得 CmRF炭气凝胶的微晶结构有序程度最高。 以CmRF炭气凝胶作双电层电容器的电极材料，循环伏安法测试结果表明在IMH仔O。电解液中 CmRF炭气凝胶电极存在稳定的电势窗口。当添加 40 t％的混甲酚时，所得CmRF炭气凝胶具有最高的质量比电容＊ F电）和体积比电容＊7 F儿m勺。当混甲酚的添加量小于 60 t％时，CmRF炭气凝胶电极的比电容值与文献报道的纯 y炭气凝胶电极的比电容值相当，甚至优于纯f炭气凝胶电极，而CmRF炭气凝胶的制备成本显着降低。
雷倩[2]2016年在《间苯二酚—甲醛基炭气凝胶的形貌控制及电化学性能研究》文中研究指明炭气凝胶作为一种具有叁维网络结构的新型多孔纳米炭材料,在隔热、电化学、催化、储氢等领域具有独特的性能与广泛的应用潜能；炭气凝胶独特的性质与其纳米网络结构密切相关,对炭气凝胶孔结构控制与其相关性能的研究具有重要意义。目前,对有机气凝胶及炭气凝胶的研究工作主要集中在大块状炭气凝胶孔结构、比表面积的控制、改性及相关复合材料等方面,关于乳液体系中有机气凝胶与炭气凝胶微球的制备工艺,尤其是改性、复合等研究甚少。本研究以乳液体系间苯二酚-甲醛(Resorcinol-Formaldehyde, RF)有机气凝胶(RF aerogel, RFA)及相应炭气凝胶(RF carbon aerogel, CRF)的掺杂改性、形貌控制与电化学性能提升为主要目标,主要研究内容包括常压干燥RFA微球的疏水改性及CRF微球的电化学性能、金属(M)掺杂CRF(M/CRF)与石墨烯(Graphene)掺杂炭气凝胶(Graphene doped carbon aerogel, CAG)的形貌,孔结构控制与电化学性能,制备出形貌与孔结构可控的RFA与CRF材料,提高其电化学性能,使其成为成本低廉、工艺简单、有产业化前景的的超级电容器材料。本论文首先研究了叁甲基氯硅烷(TMCS)改性RFA微球的形貌及其炭化产物(CRF-TMCS)的电化学性能,发现改性后样品的形貌更加光滑,CRF-TMCS微球作为超级电容器电极材料时,比容量可由改性前的81.9 Fg-1提高到改性后的126.8 F g-1,容量提升率达55%,在循环伏安测试中,随着扫描速率增大,改性样品的容量保持率更高。TMCS改性增强了RFA微球的疏水性,有利于其干燥过程中孔结构的保持,对CRF微球的电容性能有明显提升作用。实验在纯RFA微球制备工艺基础上,通过在溶胶-凝胶水溶液前驱体中加入金属盐,制备了形貌可控的金属掺杂RFA(M/RFA)与M/CRF 。以硝酸镍为金属源时,通过调节金属盐初始加入量(R与M摩尔比),可以得到具有半球形(R/M=4,6)、不规则半球形(R/M=10,15)、与胶囊形(R：M=20)的Ni/CRF样品；通过TG-DSC、XRD等分析,研究了Ni/CRF材料的形貌控制机理：硝酸镍促进了RF溶胶链的生长与反相乳液体系中空心Ni/RFA的形成,其与RF溶胶链络合,对Ni/RFA的骨架起到支撑作用,空心Ni/RFA在干燥过程中,发生凹陷,由于骨架强度差异,形成不同形貌的Ni/RFA,上述机理经验证通用于不同种类的镍盐与铜盐；实验所得Ni/CRF材料以微孔为主,其中胶囊形Ni/CRF的比表面积与孔容可达487m2g-1与0.256 cm3 g-1,微孔比表面积与孔容分别为440 m2 g-1与0.229 cm3g-1,用作超级电容器材料,容量可从纯CRF微球的77 F g-1,提高到154 Fg-1。实验考察了干燥方式、水活化以及采用双油相(O/W/O)反相乳液体系对Ni/CRF孔结构与电化学性能的影响,主要结论包括：(1)冷冻干燥不利于Ni/RFA规则形貌的形成,超临界干燥可以使样品保持较好的球形度；采取冷冻干燥与超临界干燥的样品,其比表面积相比常压干燥有一定提升,作为锂离子电池负极材料,冷冻干燥样品50 mAg-1与1 A g-1电流密度下的稳定容量分别为318.1 mAh g-1与167.9 mAh g-1,明显高于常压干燥的Ni/CRF样品(50 mAg-1,249.3 mAh g-1),(2)水活化过程对Ni/CRF具有明显的扩孔作用,Ni/CRF-4(R/Ni=4)样品,700℃活化1 h时,其比表面积可由活化前的445 m2g-1增加至613 m2g-1,其中中孔比表面积增大达139 m2 g-1,作为锂离子电池负极材料,水活化后Ni/CRF-4在电流50 mA g-1的首次可逆容量由418.8 mAh g-1提升到599 mAh g-1,50次循环稳定容量为536 mAh g-1,容量提升达到287 mAh g-1。活化后Ni/CRF-4样品作为锂离子电池负极材料,性能优异。(3)采用O/W/O乳液体系可以提高Ni/CRF样品的球形度,得到孔结构与Ni/CRF样品相似的炭气凝胶空心胶囊(Ni/CRF-C);其中OⅡ体积分数为10%时,制备的Ni/CRF-C材料作为电容器材料,在0.1 A g-1与1 A g-1电流密度下,比容量分别为146.6 F g-1与117.2 F g-1,面积比容量高达0.33F m-2,样品具有较高的微孔利用率。采用O/W/O体系提升了Ni/CRF的电容性能。以GO水溶液作为溶剂,制备出GO负载RF有机气凝胶微球(RFG)与石墨烯掺杂炭气凝胶微球(CAG)；通过GO超声处理与GO量的调节均可得到形貌可控微孔为主的CAG微球;氧化石墨添加量分别为0.15 wt%,0.45 wt%与0.75 wt%时,得到的CAG样品形貌依次为球形、不规则半球形与褶皱胶囊形,提出了由GO与RF间相互作用以及GO双亲性主导的形貌控制的机理；所制备的CAG-0.75样品的比表面积与孔容分别可达488 m2 g-1与0.379 cm3 g-1；作为超级电容器电极材料时,GO添加量为0.75wt%时,循环2000次,1Ag-1电流密度下稳定容量可达113.9 F g-1；所得CAG样品面积比容量(1 A g-1)可达0.23 F m-2,微孔利用率高,较高的微孔利用率是GO抑制常压干燥收缩与提高电解液在微孔中的浸润性所致。此外,CAG-0.15样品作为锂电负极材料,其50 mAg-1首次可逆容量达544 mAh g-1,稳定容量可达410 mAh g-1,试样倍率性能良好。提高乳液体系转速得到粒径减小的CAG样品,小粒径CAG样品作为电容器,比容量与循环性能均有所提升。
孙超[3]2014年在《酚醛树脂基有机气凝胶及炭气凝胶的低成本制备及结构控制》文中提出炭气凝胶是一种轻质、多孔、非晶态、块体纳米炭材料,其连续的叁维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。由于其导电性好、比表面积大、生物相容性好、耐酸碱性强等特点,在储能、环保、催化等领域具有广泛的应用前景。炭气凝胶的制备一般可分为叁个步骤：即形成有机气凝胶、超临界干燥和炭化。其中超临界干燥工艺复杂,耗时耗能,存在一定的安全隐患,制约了炭气凝胶的规模化制备及商业化应用。本文以低成本的原料制备前驱体,采用醇溶胶-凝胶法、常压干燥的路线得到了具有高强度的轻质有机和炭气凝胶块体,并研究了其结构调控规律和块体的力学性能,主要结论如下：1.线性酚醛树脂(P)、六亚甲基四胺(H)可在相当宽的范围内发生醇溶胶-凝胶反应得到块体有机及炭气凝胶。HMTA起到催化剂与交联剂的双重作用,分别决定着颗粒的生长与连接,通过调节反应物总浓度及催化剂配比控制旋节相分离的推动力,进而可以控制气凝胶颗粒大小与材料孔径孔容。但对于高强度块体而言,反应物浓度的最优范围为0.05g/ml～0.60g/ml,固化剂配比(P/H)介于4：1-10：1间。2.酚醛树脂-HMTA体系炭气凝胶主要呈大孔特性,通过调节反应物浓度及固化剂配比可以调控其大孔结构。其中,大孔孔径可在100-4000nm范围内调控,孔容在0.2-3.2cm3/g内可控, BET比表面积在400-700m2/g可调。3.炭气凝胶块体具备相当高的压缩强度,最高可达3.2MPa。通过调节块体密度、孔结构,可以对压缩强度、压缩模量实现调控。4.C02和水蒸气高温活化可以引入更多的微孔孔隙。活化之后炭气凝胶中微孔孔径变宽,微孔孔隙率提升两倍以上,其中孔容Vmic达到0.39cm3/g。BET比表面积可达1400m2/g,1000-CCO2活化2h对材料的表观形貌和力学性能影响较小,且不破坏其微观网络结构,而水蒸气活化对材料结构烧蚀剧烈,对机械性能影响较大。
巢亚军[4]2007年在《炭凝胶及其复合材料用于锂离子电池负极材料研究》文中认为从小型电子装置所需微电池到大的电动车动力源,锂离子电池正得到越来越广泛的重视和应用,已成为21世纪极具发展潜力的新型化学电源。锂离子电池性能的改善主要取决于嵌锂电极材料能量密度和循环寿命的提高。目前,锂离子电池广泛采用的负极材料为石墨类碳,理论储锂容量较低,开发高性能负极材料成为锂离子电池材料研究热点。炭凝胶是一种轻质、多孔、非晶态纳米炭材料,其连续的叁维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。因其独特的网络结构,炭气凝胶具有导电性好、比表面积大、密度变化范围宽等特点,是理想的电化学能源材料,可作为锂离子电池、超级电容器电极材料,以及燃料电池电催化剂载体。本文以间苯二酚和甲醛为原料,在碳酸钠催化作用下,经溶胶-凝胶缩聚、叁氟乙酸老化、干燥(超临界干燥、常压干燥或冷冻干燥)及高温炭化等工艺过程得到炭凝胶。采用SEM、TEM、低温N2吸附和XRD等手段研究了炭凝胶的结构,详细考察了制备工艺对炭凝胶结构的影响。测试结果表明,炭凝胶呈现多孔性叁维网络结构。其中,经超临界干燥得到的炭气凝胶粒径较小且分布均匀。经超临界干燥所得炭气凝胶的BET比表面积高达556 m2·g-1,在10-20nm范围具有集中的孔径分布。炭凝胶是处于无定型态和石墨之间的炭材料,炭干凝胶和炭冷冻凝胶的石墨化程度大于炭气凝胶。起始反应物浓度、催化剂用量、起始pH值和干燥工艺对炭凝胶结构影响较大。本文以炭凝胶作为锂离子电池电极材料,采用充放电、循环伏安和交流阻抗等方法测量了炭凝胶的电化学性能。测试结果表明,炭气凝胶的电化学性能优于炭干凝胶和炭冷冻凝胶,具有较高的比容量和良好的循环性能。炭气凝胶首次可逆容量可达500.7mAh·g-1,大于石墨的理论储锂容量(372mAh·g-1),50次循环后的可逆容量仍可维持在317.1mAh·g-1,容量保持率达63.3%,充放电效率超过99%。本文首次以炭凝胶和高比容量的硅基材料(Si和SiO)为原料,通过高能球磨制备了硅/碳复合材料,考察了掺杂元素、掺杂比例和球磨工艺对复合材料结构和电化学性能的影响。测试结果表明,炭凝胶/硅基复合材料粒子均匀,硅的特征衍射峰明显。炭凝胶-SiO复合材料的电化学性能优于炭凝胶-Si复合材料;以配比为3:1(wt%)所制得炭凝胶-Si和以配比为1:1(wt%)所制得炭凝胶-SiO性能较好;合成的最佳球磨工艺为:球磨时间为10h,球磨转速为400rpm,所制备的复合材料表现出最好的电化学性能。对高能球磨法所合成炭凝胶硅基复合材料电化学行为进行了研究,结果表明,炭气凝胶硅基复合材料(CA-Si和CA-SiO)在炭凝胶硅基复合材料中具有较高的容量和良好的循环稳定性能。尤其是CA-SiO复合材料首次嵌锂容量高达1942 mAh·g-1,首次可逆容量为984.6 mAh·g-1,该复合材料在50次循环后的可逆容量仍可维持在635.3 mAh·g-1,容量保持率达66.4%,充放电效率超过98%。
杨双喜[5]2006年在《SiO_2/C杂化气凝胶的合成及结构研究》文中指出气凝胶(Aerogel)是一种结构可控的新型纳米多孔性非晶固态材料，其连续的叁维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。源于其独特的网络结构，气凝胶具有比表面积大、密度变化范围广的特点。因而蕴藏着广阔诱人的应用前景。炭气凝胶一般以间苯二酚和甲醛为原料，在碳酸钠催化作用下，经溶胶-凝胶过程，叁氟乙酸老化，溶剂置换后超临界干燥或常压干燥或冷冻干燥的方法制得有机气凝胶，进一步在惰性气氛下经过高温炭化制得。目前影响气凝胶商业化应用的主要问题是其制备工艺苛刻、复杂、周期长、难易控制、制作成本偏高等因素，另外炭气凝胶的品种比较单一。 本论文旨在利用溶胶-凝胶法制备新型的SiO_2／C杂化气凝胶，利用其相互的促进作用，期望缩短其制备的周期，并得到结构可以控制的新型SiO_2／C杂化气凝胶，从而能够降低成本的目的，获得更多新的性能，拓展其应用领域。实验采用TEM、SEM、HRTEM、IR、低温N_2吸附、TGA-DSC等手段研究了SiO_2／C杂化气凝胶的微结构特点；对SiO_2／C杂化气凝胶的合成机理进行了合理的推测和初步的实验证实；以所制得的SiO_2／C杂化气凝胶炭化处理作双电层电容器电极材料，采用循环伏安法表征其相应的炭气凝胶电极的电化学行为。 实验以正硅酸乙酯(TEOS)、水、间苯二酚(Rormaldehyde)、甲醛(Fesorcinol)为原料，以乙醇为容剂，用氨水作为催化剂，考察不同的TEOS／H_2O、TEOS／乙醇、TEOS／RF比例下的反应对其SiO_2／C杂化气凝胶的结构和性能的影响，综合考虑得到了比较合理的凝胶化所
李学良[6]2007年在《储电能源纳米材料的制备及性能研究》文中提出在大量文献调研的基础上，总结了纳米材料及储能电源纳米材料的制备与应用技术，重点阐述了超电容器用炭气凝胶、氮化物、氧化物和锂电池用锰酸锂和氧化锡的最新研究进展。在此基础上，成功利用了水热法制备掺杂二氧化锰，有效实现了钒铬掺杂对纳米结构的调控，制备了花状氢氧化镍和超电容材料氧化镍。实现了多种过渡金属元素与γ-Mo_2N的复合，使材料比电容大幅提高。首次使用过氧化物和醋酸盐，以非超临界干燥方法获得高比电容炭气凝胶，实现了快速、高效制备。基于水热法，进行锂电池用正极材料锰酸锂和氧化锡，以及氧化锌和碘化亚铜的制备。论文中取得了一批具有原创性的成果，主要内容概括如下：以氯酸钾为氧化剂、硫酸锰为锰源制备出纳米四方晶系α-MnO_2，温度升至210℃时改变为β-MnO_2相态，实现了钒和铬离子掺杂，并导致纳米α-MnO_2有序化，钒和铬的掺杂分别生成棒球状结构和组装兰花型和对称型放射性刺球结构。材料形成网状互联的结构使二氧化锰复合物具有良好的超电容性能，掺杂后比电容数值显着提高至258 F／g。发展了络合物辅助下的水热合成技术。获得了花状β-Ni(OH)_2，发现过量乙二胺对花状β-Ni(OH)_2生长起促进作用，复合氧化镍能改善电容性能，拓宽电势窗口1倍以上，提高比能量与比功率。表面活性剂对纳米SnO_2的形貌具有重要影响，PVP导致SnO_2微球状；CTAB导致SnO_2成放射状的棒束。Zn~(2+)使球状形貌变为放射状的花状结构。掺杂锌的SnO_2的具有高容量，首次放电容量为1614mAh／g。获得尿素和PEG2000复合物在制备ZnO纳米棒中的作用。以微乳液法制备出叁角串状的CuI，前驱体微乳液法制备出CuI纳米棒，水热法中添加SDS制备出立方块状结构的CuI。首次以MnO_2为前驱体水热合成LiMn_2O_4，粒径分布均匀，结晶良好。具有高比容量。炭气凝胶降低了电极的电阻和极化，提高了活性物质利用率。采用纳米VO_2(B)电极材料的性能优于单一的LiMn_2O_4，比容量高达275mAh／g。制取的γ-Mo_2N的电极具有良好的超电容行为，扫描速度为2mV／s时，其电容可达126F／g。添加铬、钽、钒和锰等元素化合物后，工作电位窗口拓展0.20-0.35V。锰、钽和钒使比电容显着加大，最大值可达316F／g。发现催化剂的种类对炭气凝胶制备中凝胶时间和产物结构的重要影响。炭气凝胶比电容自小变大排列的催化剂分别是：碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、醋酸和醋酸钠。活化前处理对电容有重要影响，冷冻处理能提高比电容至1.4倍以上，仔细研磨后活化使比电容提高2.4倍。添加剂过氧化物和氨基酸使材料比电容显着加大，最多提高1.6倍以上。增加在2nm邻近的中孔分布是提高比电容的关键。醋酸及其盐的催化不仅使比电容高达270F／g，而且省去超临界干燥和溶剂交换处理，从根本上缩短凝胶时间，实现了炭气凝胶的快速和高效制备。
赵海霞[7]2006年在《炭气凝胶的制备及在超级电容器电极中的应用》文中指出本论文考察了以间苯二酚(R)甲醛(F)为原料,常压干燥制备RF有机气凝胶及炭化后制备RF炭气凝胶的工艺过程,期望降低气凝胶的制备成本。实验采用低温N_2吸附、TG、SEM等方法对炭气凝胶的微结构进行表征;采用制备过程中添加无水乙醇(A)原位调变其孔结构,二氧化碳活化方式改善其内部网络结构。以孔径调控后的炭气凝胶作电化学双电层电容器电极材料,在6M KOH电解质溶液中,采用恒流充放电方法和循环伏安方法测试炭气凝胶电极的电化学行为。 研究结果表明,RF炭气凝胶经CO_2 900℃下活化3h时,炭气凝胶的比表面积和孔容达到最大值,同时中孔比表面积和微孔孔容亦有所增加:继续增加活化时间到4h时,样品的比表面积和孔容均有一定的下降;恒流充放电测试表明,在相同充放电流密度下,900℃下活化3h的RF炭气凝胶制得的电极具有最高的比电容,可由未活化的81F/g增大到最大值172F/g;且充放电曲线对称性良好,说明炭气凝胶电极的功率性好,充放电效率高:循环伏安测试表明在不同大小的扫描速率下,炭气凝胶的电流随着电压变化曲线均具有准矩形形状,体现出良好的对称性和电容特性;在扫描电势范围内,没有法拉第氧化-还原峰,电极的容量几乎完全由双电层电容提供。 添加20%含量的混甲酚的C_mRF炭气凝胶CO_2活化改性后,其比电容仍可达到160F/g;在不同的扫描速率下,亦表现出良好的循环伏安行为。 炭气凝胶的添加无水乙醇(A)的原位调控的氮吸附结果表明,随着乙醇添加量的增加,中孔比表面积及其在总比表面积中所占比例明显增大,孔径范围变窄;但炭气凝胶的孔径仍是单峰分布,最可几孔径分布仍然集中在中孔,在10～20nm之间:乙醇添加量为R/A=1.5的炭气凝胶相对未添加乙醇的炭气凝胶的电极比电容由80F/g增大到134F/g。
吴以洪[8]2013年在《炭气凝胶基纳微功能材料制备及超电容性能研究》文中研究指明炭气凝胶是一种新型多孔无定形结构的炭材料,具有导电性好、比表面积大、耐酸碱腐蚀强等优异性能，广泛用在储能器件和废水处理等领域，成为研究的热点。本文选用以炭气凝胶为基体，从制备原料、复合材料种类、复合方法等方面制备各种纳微功能材料，并研究材料的超电容性能，现在本论文主要从以下叁个方面来具体的阐述：（1）以混合酚（苯酚和间苯二酚）和甲醛为原料制备新型的苯酚-甲醛基炭气凝胶，不但拓宽了原料的来源，而且降低了成本。考察了间苯二酚的摩尔百分数对体系凝胶时间、前驱体颜色等物理性质及相应的比容量的影响，发现体系中含20%的间苯二酚时得到的材料性能最佳。通过X射线衍射、扫描电子显微镜对样品PRF-2和间苯二酚-甲醛炭气凝胶的形貌进行比较，同时结合循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗对样品PRF-2的电化学性能进行表征。结果表明少量间苯二酚的加入不仅能改变苯酚与甲醛聚合的结构，而且孔径发生了变化，结构的变化带来比电容的提高，样品PRF-2的比电容高达383F/g。（2）在硝酸镍存在下，间苯二酚和甲醛进行聚合、高温炭化后得到炭气凝胶/氧化镍复合材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜等测试方法对材料的整体形貌及微观结构、颗粒尺寸进行表征，结果显示复合材料呈现出4μm左右的均匀多孔的微球，该结构增加了有效比表面，为优化电化学性质奠定结构基础。同时应用循环伏安法、充放电和交流阻抗进行电化学性能分析证实：在低的扫描速率下，两者的耦合作用更强，炭气凝胶/氧化镍比电容高达308.6F/g。（3）采用温和的常压条件制备球状炭气凝胶基磁性材料。探索不同的煅烧温度对所得材料晶型结构的影响，得到最适宜的炭化条件。将850℃条件下得到的磁性材料通过X射线能谱、扫描电镜及透射电镜测试表明球状的材料颗粒是由多孔的炭气凝胶均匀的包覆在金属镍的外面形成的；磁强度测试和粒径分布结果说明尺寸约为5μm的颗粒磁性能优良，比饱和磁力强度达到17.0emu/g，矫顽力124Oe。利用原子吸收测试处理含有Cu~(2+)和Pb~(2+)重金属离子溶液表明：炭气凝胶基磁性材料具有快速吸附的能力，在50min左右对Cu~(2+)和Pb~(2+)的饱和吸附容量分别达7.8mg/g和62.5mg/g。
颜甜[9]2012年在《碳化钨/炭凝胶催化剂的制备与性能研究》文中进行了进一步梳理碳化钨(WC)具有独特的类铂催化活性、酸碱介质中的稳定性以及不易失活等优点，被广泛应用于催化加氢、脱氢、异构化，电化学等领域。所以，合成碳化钨或碳化钨复合物具有十分重要的意义。炭气凝胶(CarbonAerogel)是一种轻质、多孔、非晶态的纳米炭材料，其连续的叁维网络结构可在纳米尺度控制和剪裁。因其独特的网络结构，炭气凝胶具有导电性好、比表面积大和密度变化范围广等特点，是理想的电化学能源材料，可作为锂离子电池、超级电容器电极材料，以及燃料电池电催化剂载体。本文以间苯二酚和甲醛为原料，利用金属钨盐作为碱性催化剂和钨源，经溶胶-凝胶缩聚、溶剂置换和超临界干燥工艺过程一步合成出掺钨气凝胶，再通过高温炭化还原得到WC/炭凝胶催化剂。采用XRD、BET、TEM、FT-IR、TG等分析手段分析了WC/炭凝胶的结构，并采用循环伏安法研究了WC/炭凝胶催化剂对对-硝基苯酚的电催化活性。实验结果表明用钨酸钠做碱性催化剂和钨源能够成功合成出柱状、比表面积达500m2/g且有典型WC结构的WC/炭凝胶催化剂。在溶胶凝胶过程中，催化剂浓度以及反应物浓度都对凝胶化时间、气凝胶密度及干燥收缩率有显着影响。催化剂浓度以及反应物浓度的提高都会使得凝胶化时间缩短。催化剂浓度越大，气凝胶干燥收缩越大，密度越大。WC/炭凝胶催化剂能够显着催化对-硝基苯酚的还原反应，还原峰电位和电流为(-0.491V，478μA)，其催化效果优于未负载钨的炭凝胶，说明WC在复合材料中发挥了其在电化学催化方面的高催化活性。且催化活性的高低与负载在炭凝胶上钨的量存在一定的关系，钨负载量最多的催化效果最好。
陶艳平[10]2016年在《导热增强型复合相变材料的影响因素及传热机理研究》文中指出石蜡/聚合物型复合相变材料具有控温精准,储热量大、工作稳定等优点,但是该复合相变材料的导热率偏低,从而导致在相变过程中相变热的利用率普遍不高,因此如何通过导热机理研究和导热网络体系设计来提高其适用性,是新型复合相变材料能力提升的关键问题。本论文从考察复合相变材料载体结构对复合相变材料导热性能影响的角度出发设计制备了分级多孔碳气凝胶块、石墨化分级多孔碳气凝胶块、石墨化碳气凝胶微球叁种碳气凝胶载体,通过常压熔渗的方法与石蜡结合,制备成复合相变材料。通过TG-DSC、SEM、XRD、N2吸附-脱附检测等方法对分级多孔碳气凝胶块、石墨化分级多孔碳气凝胶块、石墨化碳气凝胶微球进行研究,掌握它们的制备方法,了解其基本性能。通过SEM、TG-DSC和Hot-disk等方法对石蜡/碳气凝胶复合相变材料进行分析,结果显示,碳气凝胶可以作为良好的载体材料,石蜡均匀吸附在叁种碳气凝胶的骨架结构中;由于载体结构的不同,块体结构的孔隙特征导致CPCM-1和CPCM-2熔融温度升高,相变温度向高温段移动3℃,球形结构导致CPCM-3相变温度范围变窄;且随着石蜡含量的增加,复合相变材料相变焓值增高;石墨化碳气凝胶骨架结构可显着提高复合相变材料的导热系数。本文使用近似分析法对CPCM-1和CPCM-2传热机理进行分析,将石蜡在碳气凝胶块体中的对流等效为内热源,通过有内热源的稳态导热和石蜡固-液相变瞬时传热的比较,对复合相变材料的传热机理进行分析。结果表明,影响复合相变材料传热速率的因素有:碳气凝胶骨架导热系数k、孔径长度、相变起始温度和相变界面位置等。根据H-C模型理论对CPCM-3传热机理进行分析,结果表明,复合相变材料中石墨化碳气凝胶微球的含量越高,复合相变材料的热导率越高;在石墨化碳气凝胶微球体积分数相同的条件下,石墨化碳气凝胶微球导热系数越高,复合相变材料的导热系数越高。
参考文献：
[1]. 新型纳米材料炭气凝胶的制备、表征及应用研究[D]. 李文翠. 大连理工大学. 2002
[2]. 间苯二酚—甲醛基炭气凝胶的形貌控制及电化学性能研究[D]. 雷倩. 北京化工大学. 2016
[3]. 酚醛树脂基有机气凝胶及炭气凝胶的低成本制备及结构控制[D]. 孙超. 华东理工大学. 2014
[4]. 炭凝胶及其复合材料用于锂离子电池负极材料研究[D]. 巢亚军. 上海交通大学. 2007
[5]. SiO_2/C杂化气凝胶的合成及结构研究[D]. 杨双喜. 北京化工大学. 2006
[6]. 储电能源纳米材料的制备及性能研究[D]. 李学良. 合肥工业大学. 2007
[7]. 炭气凝胶的制备及在超级电容器电极中的应用[D]. 赵海霞. 大连理工大学. 2006
[8]. 炭气凝胶基纳微功能材料制备及超电容性能研究[D]. 吴以洪. 合肥工业大学. 2013
[9]. 碳化钨/炭凝胶催化剂的制备与性能研究[D]. 颜甜. 南京林业大学. 2012
[10]. 导热增强型复合相变材料的影响因素及传热机理研究[D]. 陶艳平. 河南工业大学. 2016
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