武漢紡織大學:牛仔布廢料通過熔鹽熱解製備摻氮多孔碳材料

2021-01-08 材料分析與應用

本文要點：

通過熔鹽熱解將三聚氰胺改性牛仔布廢料轉化為氮摻雜多孔碳簡易方法

成果簡介

將生物質廢物轉化為摻氮多孔碳已被認為是實現儲能材料具有前景的方法。本文，通過使用三聚氰胺改性牛仔布廢料作為原料通過熔鹽熱解（MSP）成功地製備了摻氮活性碳材料。熔融鹽介質提供液體條件以碳化和活化牛仔布織物廢料。三聚氰胺產生大量氮元素用於摻雜碳材料。得到的氮摻雜牛仔布基碳材料（NDFC-MSP）由小纖維片和薄片組成，具有高比表面積和高孔容。含量為6.94％（重量）。使用在KOH含水電解質和Na 2 SO 4含水電解質中的超級電容器電極材料評價所製備的碳材料的電化學性能。

圖文導讀

圖1、NDFC-MSP製備的示意圖

圖2、牛仔布織物衍生的碳的SEM圖像：（a-b）直接熱解（DFC-P）; （c-d）用三聚氰胺直接熱解（NDFC-P）; （e-f）熔鹽熱解（NDFC-MSP）。

圖3、氮吸附 - 解吸等溫線（a）和由（b）BJH模型計算的相應孔徑分布，（c）所示樣品的DFT模型，d）所示不同樣品的XRD圖譜。

表1. 牛仔布織物衍生碳材料（DFC-P，NDFC-P和NDFC-MSP）的孔隙特性和元素分析。

圖4、（a）NDFC-MSP樣品的XPS測量光譜，（b）NDFC-MSP樣品的N 1s峰的高解析度XPS光譜； （c）NDFC-MSP樣品的C1s峰的高解析度XPS光譜。

圖5、（a）DFC-P，NDFC-P和NDFC-MSP的循環伏安曲線，掃描速率為20mV·s -1 （b）DFC-P，NDFC-P和NDFC-MSP的恆電流充電/放電曲線，電流密度為1Ag -1 （c）根據各種電流密度下的放電曲線計算的比電容圖。

圖6、（a）NDFC-MSP在各種掃描速率下的循環伏安曲線 （b）NDFC-MSP在不同電流密度下的恆電流充電/放電曲線 （c）NDFC-MSP在電流密度為5 A·g -1時的循環性能。

圖7、使用NDFC-MSP樣品作為電極材料的對稱超級電容器的CV曲線，在0V至2.0V的不同電壓範圍內a）和不同的掃描速率b） NDFC-MSP樣品對稱超級電容器的GCD曲線作為電極材料在不同電壓範圍c）和不同電流密度d）。e） NDFC-MSP對稱超級電容器的比電容圖作為不同密度的函數。f）對稱超級電容器的Ragone圖。

小結

總之，使用三聚氰胺改性的牛仔布廢料作為原料，通過熔鹽熱解製備摻氮多孔碳。牛仔布織物衍生的碳具有典型的形態，具有小的纖維狀碎片和薄片。更重要的是，採用NDFC-MSP材料組裝的對稱超級電容器在Na2SO4電解質中顯示出良好的能量密度和功率密度。這些結果表明，熔鹽熱解將提供一種將生物質廢物轉化為高性能超級電容器的增值碳電極材料的新方法。

參考文獻：

Molten Salt Pyrolysis of MelamineModified Denim Fabric Waste into NitrogenDoped Activated Carbon for Supercapacitor Applications

相關焦點

  • 一種簡單製備磁性過渡金屬-多孔碳納米纖維催化材料的方法
    打開APP 一種簡單製備磁性過渡金屬-多孔碳納米纖維催化材料的方法 知社學術圈 發表於 2021-01-14 17:14:19
  • 天津大學《ACS Sustainable Chem. Eng》:簡易合成高性能氮摻雜...
    1 成果簡介 天津大學化工學院彭文朝副教授團隊在《ACS Sustainable Chem.Eng》期刊發表名為「Facile Synthesis of High-Performance Nitrogen-Doped Hierarchically Porous Carbon for Catalytic Oxidatio」的論文，研究使用硝酸鈉（NaNO3）作為模板，聚丙烯醯胺作為氮和碳的前體，製備具有超高比表面積（SSA）的氮摻雜的多孔碳。
  • 南開大學等：綜述-聚合物衍生的雜原子摻雜多孔碳材料
    本文要點 雜原子摻雜多孔碳材料(HPCMs)在吸附/分離、有機催化、傳感和能量轉換/存儲等領域有著廣泛的應用。碳前驅體的選擇是製造具有特定用途和功能最大化的高性能HPCMs材料的關鍵。 南開大學王鴻與國外研究人員合作在《Chem.
  • 西北工業大學：富於邊緣的N摻雜多孔碳納米片，實現贗電容鉀存儲
    本文要點： 一種製備用於超穩定K離子存儲的富邊緣N摻雜多孔碳納米片（ENPCS）的新方法成果簡介 最近，富氮多孔碳已成為該應用的有前途的候選者。但是，需要對氮摻雜進行合理控制以進一步抑制長期容量衰減。」的論文，一種製備用於超穩定K離子存儲的富邊緣N摻雜多孔碳納米片（ENPCS）的新方法，ENPCS是通過對吡啶配位的聚合物網絡進行熱解-蝕刻而製得的，同時考慮到該前體中預先定義的吡啶二價氮。
  • 多孔材料發展、製備與構效關係
    2、多孔碳材料具有高度發達的孔隙結構、大的比表面積和優異的導電性, 並且製備多孔碳材料的原材料來源廣泛、價格低廉, 可進行大規模的生產, 因此被廣泛應用於能源存儲與轉化、催化等領域。 3、按照孔徑大小，多孔材料可以被分為三類：微孔碳材料（50nm)。多孔碳材料的孔隙大小對其實際應用性能有較大的影響。
  • ZIF-8衍生氮摻雜分層多孔碳材料用於高性能超級電容器的碳氣凝膠
    本文要點：ZIF-8衍生的多孔碳負載在衍生自殼聚糖的碳氣凝膠上。具有中等N含量的分級多孔結構。成果簡介 本文，使一種簡易原位沉積方法結合隨後的碳化作用，使用殼聚糖製備由ZIF-8衍生的多孔碳（ZIF-8-C）固定的氮摻雜碳氣凝膠（CA）。
  • 南開大學等《Chem.Rev》:綜述-聚合物衍生的雜原子摻雜多孔碳材料
    1 本文要點 雜原子摻雜多孔碳材料(HPCMs)在吸附/分離、有機催化、傳感和能量轉換/存儲等領域有著廣泛的應用。碳前驅體的選擇是製造具有特定用途和功能最大化的高性能HPCMs材料的關鍵。
  • Interfaces》:氮摻雜分層多孔碳促進...
    1 成果簡介 與過渡金屬氧化物電極材料比例，有機摻雜分子具有豐度高，多電子反應和結構多樣等優點，是一種極具吸引力的電化學儲能器件。然而，由於其固有的低電導率和高溶解度，它們存在循環穩定性差和低速率性能等問題。同時解決這兩個關鍵問題是很有挑戰性的。
  • 分層多孔碳用於微鹹水的高性能電容脫鹽
    本文要點：生物質衍生的分級多孔碳為綠色和經濟地製備用於鹹水淡化的材料成果簡介 電容去離子（CDI）作為一種節能且有希望的微鹹水淡化技術，相對於常規方法（如熱蒸餾，超濾和反滲透）具有優勢。具有優異的除鹽能力的這種材料的製備的複雜性和高成本也阻礙了CDI技術的商業化。為了克服CDI技術中的這些障礙，本文通過將生物質與活化劑混合後進行的簡便，經濟和綠色煅燒而製備的分級多孔碳（h-PC）。h-PC電極顯示出83的出色的鹽吸附能力（SAC）。對於分批模式CDI，當NaCl濃度為1000 mg / L時為0 mg / g。
  • 負載MnO納米顆粒的氮摻雜多孔碳用作鋰離子電池和鈉離子電池負極...
    近日，國家納米科學中心韓寶航課題組和德國耶拿大學Philipp Adelhelm課題組合作製備了MnO/氮摻雜多孔碳複合材料(MNPC)，考察了MNPC作為負極材料的鋰離子存儲和鈉離子存儲性能；並從電化學和熱力學角度出發，對MnO基複合材料的儲鋰和儲鈉機制進行了對比和分析。
  • 熔鹽化學會成為新熱點嗎？
    熔融的無機化合物為熔融鹽或熔鹽。熔融鹽有不同於水溶液的諸多性質，如高溫下的穩定性，在較寬範圍內的低蒸氣壓，低的粘度，具有良好的導電性，較高的離子遷移和擴散速度，高的熱容量，具有溶解各種不同材料的能力等。近年來研究發現，熔融鹽獨特的化學性質為新材料的製備開闢了新的路徑，所製備的催化材料具有獨特的表面性質，表現出優於其他水相和有機相體系製備所得材料。
  • 陝西中醫藥大學Chemistry Select:廢木糖母液製備3D石墨烯樣多孔碳材料,具有超高比電容和能量密度的超級電容器
    一種通過木糖母液製備三維多孔碳的簡單方法，用於高性能超級電容器木糖的製備過程是在稀酸或濃酸的高溫下水解生物質
  • 釷基熔鹽堆材料發展戰略
    氣冷堆的發展同時帶動了核石墨的發展；通過不斷改進石墨材料的製備工藝，核石墨各種性能有了長足的進步，目前氣冷堆核石墨已發展到第三代（見圖2、圖3）。未來發展趨勢將在目前熔鹽堆核石墨研發的基礎上，通過改善石墨製備工藝，解決超細顆粒石墨的脆性問題；通過輻照篩選獲得輻照壽命長的石墨產品，提高熔鹽堆的經濟性。四、國內外差距20世紀五六十年代，ORNL研發了一種抗熔鹽腐蝕合金Hastelloy N，目前由美國Haynes公司生產。
  • 復旦大學:碳點與多孔水凝膠整合製備全碳電極,用於雙層電容器
    本文，復旦大學熊煥明教授課題組在《ACS Appl.經過一步煅燒活化處理後，CD融合到最終的碳結構上，形成了一系列具有特定官能團的多孔碳材料。包括氧摻雜，氮摻雜以及氧，氮共摻雜在內的各種CD被用來製備這種碳材料並進行了測試。這些材料具有高比表面積、均勻的孔徑分布、高導電性、豐富的表面官能團和良好的潤溼性。當在EDLC中組裝為電極時，表現出卓越的性能。
  • BC-PANI衍生分層氮摻雜多孔碳納米纖維作為鋰離子電池陽極
    本文要點： 一種簡單易行的方法，通過碳化和活化細菌纖維素-聚苯胺複合材料衍生（BC-PANI），製備摻雜的層狀碳納米纖維LIB陽極，詳細討論了衍生的碳結構的結構和電化學性質。本文證明了源自細菌纖維素-聚苯胺納米複合材料的分級多孔碳結構的合成和利用，將其作為高速率鋰離子電池的有希望的陽極材料。衍生碳的微觀結構分析表明，細菌纖維素纖維骨架的遺傳以及聚苯胺的納米顆粒結構。通過XRD，拉曼光譜和XPS對衍生的多孔碳結構進行結構表徵，並通過循環伏安法，恆電流充放電研究對電化學性能進行分析，和阻抗譜。
  • Carbontech 2020 多孔碳材料論壇精彩呈現
    作為2020第五屆國際碳材料大會主要論壇之一，與會嘉賓從多孔碳材料的製備、測試、應用及產業化等話題的前沿方向，進行了詳實的報告分享，大家踴躍交流，積極討論！感謝與會嘉賓和參會人員的包容和支持，論壇精彩呈現，掠影一睹為快！
  • 寧波材料所等發展出路易斯酸熔鹽合成MXene的通用方法
    該研究由中科院寧波材料所、四川大學、法國土魯斯大學和瑞典林雪平大學等研究單位合作完成。族元素（Al，Si等），X是碳和/或氮。MAX相家族成員（如A元素為Al、Zn、Si、Ga等），通過構建高溫熔鹽環境下陽離子與A元素的氧化還原電位/置換反應吉布斯自由能映射圖譜，提出了一種路易斯酸熔鹽刻蝕MAX相合成2D MXene的通用策略。
  • 寧波材料所發展出路易斯酸熔鹽合成MXene的通用方法
    該研究由中科院寧波材料所、四川大學、法國土魯斯大學和瑞典林雪平大學等研究單位合作完成。二維（2D）過渡金屬碳化物或碳氮化物（MXenes）是2D材料系列的最新成員之一，通過選擇性蝕刻前驅體Mn+1AXn相中的A原子層製得，其中M代表早期過渡金屬元素（Ti，V，Nb等），A主要是13-16族元素（Al，Si等），X是碳和/或氮。
  • 上海矽酸鹽所：氮摻雜的分層多孔碳，可有效存儲電化學能量
    成果簡介 碳電極材料的大表面積，高電導率和豐富的活性部位是儲能裝置的必要特性。但是，碳電極材料的高導電性和高氮摻雜難以協調。>席夫基礎聚合物的簡便方法來製備高電導率和高氮摻雜的分級多孔碳。優異的電化學性能與新穎可擴展的合成方法相結合，使氮摻雜的分級多孔碳電極成為電化學器件的電極材料。
  • 桉樹衍生的雜原子摻雜分級多孔碳作為超級電容器的電極材料
    本文，通過ZnCl2活化和NH4Cl吹塑協同作用製備桉樹來源的氮/氧摻雜的分級多孔碳（NHPC）。具有高比表面積，合理的孔隙率和足夠的N / O摻雜等優點。這種低成本、簡單易行的策略為將生物質轉化為高附加值的電極材料提供了一條新的途徑。