不同形态MOF-5为前驱体合成多孔碳材料及其超级电容特性
多孔材料的合成与应用
多孔材料的合成与应用多孔材料由于其独特的孔隙结构和巨大的表面积,在各个领域都有着广泛的应用。
本文将探讨多孔材料的合成方法及其在不同领域的应用。
一、多孔材料的合成方法多孔材料的合成方法多种多样,下面将介绍几种常见的方法。
1. 模板法模板法是一种常用的多孔材料制备方法,通过选择合适的模板(如胶体晶体、介孔材料等),将所需的功能材料填充到模板中,再通过溶胶-凝胶、沉积、溶剂挥发等方法制备多孔材料。
这种方法制备的多孔材料具有良好的孔隙结构和高度可控的孔径大小。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的多孔材料制备方法,通过将溶胶(一般为金属盐、硅源等)溶解在溶剂中,然后通过凝胶化处理使溶胶形成固体凝胶,最后通过热处理得到多孔材料。
这种方法制备的多孔材料具有高度可控的孔隙结构和较大的比表面积。
3. 模板蚀刻法模板蚀刻法是一种通过腐蚀模板材料制备多孔材料的方法。
首先将功能材料填充到模板中,然后通过适当的腐蚀剂对模板进行蚀刻,使模板材料被去除,最后得到多孔材料。
这种方法可以制备具有复杂孔隙结构的多孔材料。
二、多孔材料在不同领域的应用由于多孔材料具有独特的孔隙结构和表面特性,可以应用在各个领域。
1. 催化剂多孔材料的高比表面积和孔隙结构使其在催化剂领域有着重要的应用。
多孔材料可以作为催化剂的载体,提供大量的反应活性位点和扩散通道,提高反应效率和催化剂的稳定性。
2. 吸附剂多孔材料的孔隙结构和表面特性使其具有较大的吸附容量和较高的吸附选择性,可以应用于气体分离、水处理等领域。
例如,介孔材料可以作为吸附剂用于有机污染物的去除;活性炭可以作为吸附剂用于废气处理等。
3. 药物输送多孔材料可以作为药物的载体,在药物输送领域有着广泛的应用。
多孔材料可以调控药物的释放速率和控制药物的输送方向,提高药物的治疗效果和减轻副作用。
4. 能源存储与转换多孔材料的高表面积和孔隙结构使其在能源存储与转换领域有着潜在的应用。
例如,多孔碳材料可以用于超级电容器、锂离子电池等能源存储装置;多孔金属有机骨架(MOF)可以用于气体储存和分离等。
一类新型镁材料——镁基金属有机骨架材料
2018年第37卷第9期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3437·化 工 进展一类新型镁材料——镁基金属有机骨架材料韩森建,王海增(中国海洋大学化学化工学院,山东 青岛 266100)摘要:镁基金属有机骨架材料(Mg-MOFs )是近年来逐渐受到关注的一类新型功能材料,其种类与结构多样化,使其在很多领域中展现出了潜在的应用价值,为镁资源的开发利用开拓了一个新的领域。
本文从Mg-MOFs 的种类、特点、制备方法、应用以及稳定性5个方面展开论述。
详细阐述了Mg-MOFs 在催化、药物缓释、光学材料、气体储存、气体吸附和分离等方面的应用,着重介绍了Mg-MOFs 的储氢能力和对二氧化碳的吸附能力及对不同混合物的选择分离能力。
提出了今后Mg-MOFs 的研究重点:优化Mg-MOFs 的制备条件,降低制备难度及成本;选择新的配体源及溶剂,开发具有结构稳定、高比表面积、功能多样的Mg-MOFs ,扩大其在气体吸附与选择性分离方向的应用;将Mg-MOFs 应用于复合材料中,拓宽其应用范围。
关键词:镁基金属有机骨架材料;羧酸配体;储氢;分离中图分类号:O6-1 文献标志码:A 文章编号:1000–6613(2018)09–3437–09 DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2174A new material of magnesium complexes——magnesium based metalorganic frameworksHAN Senjian , WANG Haizeng(College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, Shandong, China)Abstract :Magnesium based metal organic frameworks (Mg-MOFs), as a new kind of functional material, have recently drawn much research attention. Due to the diversified specie and structures, Mg-MOFs have shown potential applications in many fields, which provide a new research area for the development and utilization of magnesium resources. Five aspects on Mg-MOFs are discussed in this article, including the main types, characteristics, preparation method, applications and stability. The applications of Mg-MOFs in catalysis, drug delivery, optical properties, gas storage, adsorption and separation are elaborated, and the capacities of hydrogen storage, carbon dioxide adsorption and selective uptake are presented emphatically. In addition, the prospects and challenges in the future are pointed out. For instance: optimizing the preparation conditions of Mg-MOFs to reduce the process difficulty and costs; selecting new ligands and solvent to prepare Mg-MOFs of high surface area, developing varieties of functional Mg-MOFs with structural stability to expand their applications in gas adsorption and separation, and applying Mg-MOFs to the composite materials to extend their application range.Key words: magnesium based metal organic frameworks (Mg-MOFs); ligands of carboxylic acid; storage hydrogen gas; separation我国镁资源总储量世界第一,包括固态镁资源和液态镁资源[1]。
超级电容器简介课件
THANKS
主要应用领域市场现状与趋势
总结词
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器的最主要应用领域,未来市场份额将进一步扩 大。
详细描述
电动汽车和可再生能源领域是超级电容器最主要的应用领域。在电动汽车领域,超级电 容器可以提供快速充电和大功率放电,提高车辆的加速和爬坡性能。在可再生能源领域 ,超级电容器可以用于储存和释放能量,提高能源利用效率。未来,随着电动汽车和可
能量密度与功率密度
能量密度高
超级电容器具有较高的能量密度,能 够存储较多的电能,使得其在混合动 力汽车、电动车等领域具有广泛应用 。
功率密度高
超级电容器具有极高的功率密度,可 以在短时间内释放大量电能,适用于 需要瞬时大功率输出的场合。
循环寿命与稳定性
长寿命
超级电容器经过多次充放电循环后,性能衰减较小,循环寿命长,可达数十万 次以上。
再生能源市场的不断扩大,超级电容器的市场份额也将进一步增加。
市场竞争格局与挑战
总结词
超级电容器市场竞争激烈,企业需要不 断创新以保持竞争优势。
VS
详细描述
目前,全球超级电容器市场已经形成了较 为稳定的竞争格局,但随着新技术的不断 涌现和市场的不断扩大,竞争也日趋激烈 。企业需要不断加大研发投入,提高产品 性能和降低成本,以应对市场竞争的挑战 。同时,企业还需要加强与上下游企业的 合作,共同推动超级电容器市场的快速发 展。
响应速度
超级电感的响应速度较快, 能够快速提供和回收能量, 而超级电容器的响应速度相 对较慢。
储能密度
超级电容器的储能密度较高 ,能够存储更多的能量,而 超级电感的储能密度相对较 低。
应用范围
超级电感适用于高频、大电 流的应用场景,而超级电容 器适用于需要快速充放电和 长循环寿命的应用场景。
多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
一、什么是多孔碳材料
多孔碳材料是指具有一定的孔隙度和孔径分布的碳材料。
它具有大的
比表面积、良好的化学稳定性和导电性能,因此在多个领域有着广泛
的应用。
二、多孔碳材料的制备方法
1. 碳化方法:通过碳化有机物质得到多孔碳材料。
常用的碳源有聚合物、生物质和天然矿物。
制备方法包括高温炭化、半焦炉碳化和气相
碳化等。
2. 模板法:将具有孔隙度的材料作为模板,在其表面包覆一定的碳源,再进行炭化处理,即可得到多孔碳材料。
常用的模板材料有硅胶、纳
米颗粒、纤维素等。
3. 化学法:利用化学反应在材料表面或内部引入孔道,得到多孔碳材料。
常用的化学处理包括氧化、酸洗、碱洗等。
三、多孔碳材料的应用领域
1. 电化学储能领域:多孔碳材料在锂离子电池和超级电容器中有着广
泛的应用,因其具有大的比表面积和导电性能。
2. 气体吸附领域:多孔碳材料在吸附剂领域有着重要的应用,如制备
吸附天然气的催化剂、空气净化等。
3. 催化剂领域:多孔碳材料可以制备成各种形貌的催化剂,具有高度的催化性能和选择性,应用于催化加氢、催化裂化、脱氮等反应。
4. 生物医学领域:多孔碳材料可以用于药物递送、生物成像等,具有良好的生物相容性和生物活性。
总之,多孔碳材料具有广泛的应用前景,不断发展和创新制备方法,将会在各个领域得到更为广泛的应用。
MOF衍生的多壁碳纳米管复合的纳米多孔碳材料的合成及其电化学性能
第 48 卷 第 4 期2019 年 4 月Vol.48 No.4Apr. 2019化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryMOF 衍生的多壁碳纳米管复合的纳米多孔碳材料的合成及其电化学性能徐乐琼(温州大学化学与材料工程学院,浙江 温州 325000)摘 要:本文以硝酸锌和硝酸镍为金属盐,2-甲基咪唑为配体,采用水热法制备得到ZIF-8/Ni,再在CVD管式炉中催化多壁碳纳米管生长,最终得到ZIF-8/Ni-CNT复合材料。
采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对材料的表面形貌和结构进行了表征,采用电化学工作站对材料的电化学性能进行了测试。
关键词:金属有机框架;多壁碳纳米管;纳米多孔碳材料;析氢反应中图分类号:TB 383 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2019)04-0012-04收稿日期:2019-01-04氢气是一种清洁和可再生的能源,作为传统化石燃料的极具吸引力的替代品,科学家们对其进行了深入研究。
电化学析氢反应(HER)是一种有效产生氢气的方法[1-2],其中催化剂起了主导性的作用。
贵重的Pt 基纳米材料被认为是最有效的析氢反应电催化剂[3-4],具有低过电位、小Tafel 斜率等优点,但它们的稀缺性和高成本严重阻碍了大规模工业化生产。
正是这些局限性,才使得其他具有高催化活性的廉价的HER 电催化剂得到了深入的研究和开发[5-6]。
多孔碳材料是制备功能材料的理想载体,具备非常多的优秀特性,如大的比表面积、均一的孔道结构、刚性的框架、优良的化学性质及良好的热稳定性等,因此在吸附、催化及电化学等领域具有广泛的应用[7]。
近年来,伴随金属有机框架材料的研究热潮,多孔碳材料应用于电化学催化的报道也越来越多。
Zhao 等[8]以ZIF-67为前驱体,合成了一种由ZIF67@ZIF8衍生的纳米钴包覆在核壳层的多孔碳材料,可作为一种高效的析氧电催化剂。
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展近年来,随着科技的不断进步,多孔陶瓷的制备技术越来越受到人们的。
多孔陶瓷具有优异的物理化学性能,如高透气性、高渗透性、耐高温、耐腐蚀等,使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将重点冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究进展。
多孔陶瓷的制备方法有很多,包括物理法、化学法、模板法等。
物理法主要包括球磨法、烧结法等;化学法主要包括溶胶-凝胶法、聚合物泡沫浸渍法等。
这些方法在制备多孔陶瓷时都存在一定的局限性,如制备过程复杂、成本高、孔结构不易控制等。
因此,需要探索一种简单、高效、可控的制备方法。
冷冻干燥法是一种新型的制备多孔陶瓷的方法,该方法主要利用冰在低温下升华的原理,将含有陶瓷前驱体的溶液进行冷冻,然后在真空条件下进行干燥。
冷冻干燥法具有以下优点:1)可以制备具有复杂形状和结构的多孔陶瓷;2)可以控制孔径大小和分布;3)制备过程简单、节能环保。
然而,冷冻干燥法也存在一些不足,如制备周期长、成本较高,需要进一步改进和完善。
本文采用冷冻干燥法制备多孔陶瓷,进行了实验设计、材料制备、性能测试等方面的工作。
我们选取合适的陶瓷前驱体和溶剂,制备出具有一定粘度的溶液。
然后,将溶液进行快速冷冻,并在真空条件下进行干燥。
对制备出的多孔陶瓷进行性能测试,包括孔径大小、孔隙率、抗压强度等方面。
通过与其他制备方法相比,我们发现冷冻干燥法在制备多孔陶瓷方面具有明显的优势。
冷冻干燥法可以制备出具有复杂形状和结构的多孔陶瓷,这是其他方法难以实现的。
冷冻干燥法可以精确控制孔径大小和分布,从而满足不同领域的应用需求。
冷冻干燥法的制备过程简单、节能环保,具有很高的实际应用价值。
近年来,利用冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究取得了重要进展。
在机制分析方面,科研人员深入研究了冷冻干燥的原理和过程,提出了许多有价值的理论。
在工艺优化方面,通过不断改进制备工艺,提高了多孔陶瓷的性能和稳定性。
在产品应用方面,冷冻干燥法制备的多孔陶瓷在许多领域都得到了广泛的应用,如催化剂载体、过滤分离、生物医学等。
mof5晶体结构
mof5晶体结构Mof5晶体结构Mof5晶体是一种金属有机骨架材料,也称为金属有机框架材料(MOFs)。
它是由金属离子或金属簇与有机配体相互作用形成的一种晶体结构。
Mof5晶体具有多孔性和高度有序的结构,可以用于气体吸附、分离和催化等领域。
Mof5晶体的结构由金属离子或金属簇与有机配体的配位作用形成。
金属离子或金属簇充当节点,有机配体连接在节点之间,形成一个三维的网状结构。
这种结构中的孔道和空隙可以容纳小分子的吸附和储存,因此具有很大的应用潜力。
Mof5晶体的具体结构取决于金属离子或金属簇的选择,以及有机配体的类型和长度。
不同的组合可以导致不同的孔径大小和形状,从而适应不同的气体吸附和分离需求。
例如,一些Mof5晶体具有较大的孔径,适用于吸附较大分子,而另一些具有较小的孔径,适用于吸附小分子。
Mof5晶体的制备方法多种多样,包括溶剂热法、水热法和气相沉积法等。
这些方法可以控制晶体的形貌和尺寸,并调节孔径大小和形状。
制备过程中的温度、压力和反应时间等因素对晶体结构的形成和性能具有重要影响。
Mof5晶体在气体吸附和分离方面具有广泛的应用。
由于其孔道和空隙的特殊结构,Mof5晶体可以选择性地吸附和分离不同大小和性质的气体分子。
例如,Mof5晶体可以用于二氧化碳的吸附和分离,对于减少温室气体排放和碳捕获具有重要意义。
此外,Mof5晶体还可以用于储氢和分离其他有机气体等领域。
除了气体吸附和分离,Mof5晶体还具有催化性能。
由于其高度有序的结构和可调控的孔道,Mof5晶体可以作为催化剂载体,提高催化反应的效率和选择性。
例如,Mof5晶体可以用于有机合成反应、氧化反应和还原反应等。
Mof5晶体作为金属有机骨架材料,具有多孔性和高度有序的结构,具有广泛的应用潜力。
它在气体吸附、分离和催化等领域具有重要的应用价值。
随着对Mof5晶体结构和性能的深入研究,相信它将在能源、环境和化学工程等领域发挥越来越重要的作用。
MOF-5简介ppt课件
MOF-5合成方法
二次生长 法
微波法
水(溶剂) 热法
MOF-5合 成方法
挥发法 扩散法超Leabharlann 法直接加入 合成法5
MOF-5合成方法
• 水(溶剂)热法:将金属盐与有机配体溶解在溶剂中,所得混合溶液在反应釜、一定的
温度和自生压力下反应,获得目标产物。
将一定量的 Zn(NO3)2·6H2O 和 H2BDC 分别溶于适量的 N’N-二甲基甲酰胺(DMF)中,搅拌至完 全溶解后转移至反应釜中,置于烘箱中加热反应一段时间,待反应结束后,关闭烘箱并保持反应釜在 烘箱内自然冷却至室温;将反应所得的晶体样品滤出后用 DMF 反复冲洗,以除去未反应的锌盐和对 苯二甲酸;最后将冲洗后的晶体于氯仿中浸泡 2~3 次后滤出,以除去客体分子DMF,然后将收集到 的样品在 120℃下进行烘干,或是将冲洗后的晶体用氯仿冲洗后直接再 200℃下加热活化去除客体分 子,最后收集样品密封保存以待用。流程图如下:
MOF-5简介
资料收集: PPT制作: PPT讲解:
1
MOF-5简介 MOF-5合成方法 MOF-5的优点及不足 提高MOF-5储氢能力的方法
目录
2
MOFs简介
• 金属-有机框架材料(Metal-OrganicFrameworks, MOFs)是一类有机-无机杂化 材料,由有机配体和无机金属单元构建而成。
• MOFs因具有比表面积大和空隙率大,结构组成多样及热稳定性好等特点,已 成为当今新功能材料研究的热点。
具体来说, MOFs的晶体密度为0.21~0.41g/cm3,是目前所报道的贮氢材料中最 轻的;它的比表面积很大,已报道合成的此类物质中平均表面积>2000m2/g,比 含碳类多孔材料的还要大数倍;它可以在室温、 安全的压力(<2MPa )下快速可 逆地吸收大量的气体。良好的热稳定性以及便捷的改性手段也使得它备受青睐。
超级电容多孔碳
超级电容多孔碳
超级电容是一种具有极高电化学活性的电容器,主要通过极化电解质来储存电能。
而多孔碳是一种具有高度发达孔隙结构的新型材料,其孔径大小在2-50纳米之间。
多孔碳材料的优点是高比表面积、高电导率、良好的化学稳定性以及易于制备等。
在超级电容中,多孔碳材料的应用非常广泛。
多孔碳可以作为电极材料,提供更大的表面积,从而增加电容器的电容量。
同时,多孔结构也有利于电解质的渗透和扩散,提高电容器的充放电速度和效率。
此外,多孔碳材料还可以通过调节孔径和比表面积等参数来优化超级电容的性能。
例如,增加比表面积可以提高电极的活性物质负载量,从而提高电容器的电容量;而适当的孔径则可以保证电解质的良好渗透和扩散,从而提高电容器的充放电速度和效率。
总之,超级电容中的多孔碳材料具有优异的电化学性能和良好的应用前景,是当前电容器领域研究的热点之一。
锂离子混合电容器
金属-有机骨架派生的折皱薄板装配的长方体多孔碳可作为超高能量密度锂离子混合电化学电容器(Li-HECS)的正极活性材料Abhik Banerjee,ab Kush Kumar Upadhyay,ab Dhanya Puthusseri,ab VanchiappanAravindan,*c Srinivasan Madhavi*cd and Satishchandra Ogale*ab 锂离子混合电容器(锂离子电化学电容器)成功的吸引了密切关注下一代先进储能技术的人们,这种技术可以同时满足高功率密度和高能量密度的要求。
在这里,我们将演示合成的较高的表面积三维碳长方体是如何用于金属 - 有机骨架(MOF)作为阴极材料与钛酸锂作为负极的高性能锂离子电化学电容器中的。
电池的能量密度是65 瓦时每千克,这明显高于市场上销售的可使用的活性碳(这种活性碳的能量密度只有36瓦时每千克),也高于对称的超级电容器基于相同的金属-有机骨架派生的碳(金属-有机骨架派生碳的能量密度是20瓦时每千克)。
这种正极是金属-有机骨架派生的碳材料,负极是钛酸锂的锂离子电容器在1000恒电流的高循环率条件下,保留了初始值的80%(25瓦时每千克)的优良循环性能。
这个结果清晰的表明:在锂离子电化学电容器配置领域中,金属-有机骨架派生出的碳材料将成为未来混合式电动汽车配置中最有前途的材料。
1.前言近年来,金属 - 有机骨架材料(即MOFs)凭借其独特的形式和性质在材料科学领域已成为最有前途的结构材料之一。
基本上,金属-有机骨架是金属和配位体的晶体组件。
其中,金属离子和配位体相互协调形成一个高度开放的三维框架。
简易的合成程序和其本身固有的多孔性使得金属-有机骨架成为了最有吸引力的候选材料,其用于各种领域包括催化,传感器,药物递送,气体吸附法,气体分离等等。
【1-6】事实上,金属-有机骨架材料合成了多种功能性强的无机材料和以碳为基础的材料的,其可用于不同的应用中,在这种情况下,金属-有机骨架材料也是一种有前途的先驱材料。
mof-5合成方法 -回复
mof-5合成方法-回复【mof5合成方法】母沸石(metal-organic framework-5,简称MOF-5)是一种由金属离子和有机配体通过配位作用构成的多孔晶体材料。
MOF-5具有高度的晶体结构和丰富的孔隙结构,具备高度可控的取向性和结构多样性,广泛应用于气体储存、催化剂和吸附材料等领域。
本文将介绍一种常用的MOF-5合成方法,并一步一步回答。
第一步:准备合成材料MOF-5的合成材料一般包括金属离子和有机配体。
常用的金属离子包括锌、镍、铜等,有机配体常见的有对苯二甲酸(terephthalic acid,简称BDC)等。
首先需要将金属离子和有机配体分别溶解于适当的溶剂中制备成溶液。
比如,可以将锌盐和BDC分别溶解在N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide,简称DMF)中。
第二步:配位反应将金属离子和有机配体的溶液混合,加入适量的有机碱,比如三乙胺(triethylamine,简称TEA)。
有机碱的加入可以提供足够的碱性条件,促进配位反应的进行。
这一步会发生配位反应,金属离子和有机配体之间通过配位键形成晶格结构。
第三步:热处理将配位反应生成的混合溶液加热至适当的温度,并维持一定的反应时间。
热处理可以帮助MOF-5晶体的形成和结晶。
一般来说,温度在100-200摄氏度之间,并在几个小时到几天的时间范围内进行。
第四步:分离和洗涤热处理完毕后,通过过滤或离心等方法将固态MOF-5分离出来。
此时,固态MOF-5可能会附着一些杂质,需要进行洗涤以去除。
一般使用适量的溶剂多次洗涤,比如使用无水甲醇、乙醇或乙醚等溶剂进行洗涤。
第五步:干燥最后将洗涤后的MOF-5晶体进行干燥,去除余留的溶剂。
常见的干燥方法有真空干燥或常温下静置待干燥。
干燥后的MOF-5晶体即可用于进一步的性质表征和应用。
以上就是一种常用的MOF-5合成方法的步骤。
值得注意的是,不同的实验条件、原料比例和反应方法都会对MOF-5的合成产生影响。
碳基超级电容器的制备及其性能研究
碳基超级电容器的制备及其性能研究超级电容器是一种新型的电能储存设备,具有能量密度高、功率密度大、充放电快等特点。
其中,碳基超级电容器作为一种主流的超级电容器,具备安全性高、环境友好、稳定性强等优势。
制备碳基超级电容器的主要步骤包括选材、材料表面处理、电极制备、装配等。
其中,选材是制备碳基超级电容器中最重要的一步。
常见的电极材料包括活性炭、石墨、石墨烯等。
活性炭因其比表面积大、孔径分布均匀等特征受到广泛应用。
但制备过程中易出现结构疏松等问题,降低其储能效率。
石墨烯则因其单层结构和高导电性能受到重视,但制备工艺复杂,成本较高。
在材料表面处理中,通常采用物理氧化、化学处理等方法,使得材料表面微观结构更加均匀,增强材料的储能效率和稳定性。
电极制备中,通常采用混合(mixing)、涂覆、压制等方法,将电极材料与导电添加剂混合或涂覆于导电收集体上。
根据材料的形态和性质,制备不同形式的电极。
在装配中,电极片与电解质层层叠加、固定成电容器的正、负极板,通常采用双层对称结构或者金属电极氧化形式。
超级电容器的性能主要受材料、结构、电解质和制备工艺等方面的影响。
常见的影响因素包括电极表面形貌、导电添加剂、硫酸盐电解质浓度、纳米孔径等。
同时,超级电容器的性能评价指标主要包括比电容、电压范围、循环寿命、能量密度和功率密度等。
其综合性能需要在各方面指标的优化中获得全面提升。
在应用方面,碳基超级电容器广泛应用于能量储存、智能电网等领域。
其高功率密度和短充电时间使得其成为航天、交通等领域的理想能量储存设备。
同时,超级电容器在智能电网、微电网等领域的应用也逐渐增多,对提高电网的稳定性和可靠性起到了重要作用。
总的来说,碳基超级电容器的制备涉及多个方面的技术,需要在材料、制备工艺等方面进行深入研究,以提高其性能并拓宽应用领域。
《生物质基多孔炭材料的制备及其在燃料电池和超级电容器中的应用》范文
《生物质基多孔炭材料的制备及其在燃料电池和超级电容器中的应用》篇一一、引言随着环境保护意识的加强与新能源技术不断突破,对高性能材料的需求愈发强烈。
其中,生物质基多孔炭材料因具备多孔结构、高比表面积和良好的电化学性能等特点,被广泛用于燃料电池和超级电容器等新兴领域。
本文旨在探讨生物质基多孔炭材料的制备方法及其在燃料电池和超级电容器中的具体应用。
二、生物质基多孔炭材料的制备生物质基多孔炭材料的制备过程主要分为原料选择、炭化及活化等步骤。
1. 原料选择:原料的选取是制备多孔炭材料的关键一步。
常见的生物质原料包括木质素、纤维素、果壳等,这些原料具有可再生、环保等优点。
2. 炭化:将选定的生物质原料进行炭化处理,通过高温热解使原料转化为炭材料。
这一过程需控制好温度和时间,以保证炭化效果的稳定。
3. 活化:炭化后的材料需要进行活化处理,以增加其比表面积和孔隙结构。
常用的活化方法有化学活化法和物理活化法等。
化学活化法通过化学药品与炭材料反应,生成丰富的孔隙结构;物理活化法则利用水蒸气、二氧化碳等气体在高温下与炭材料反应,扩大其孔径。
三、生物质基多孔炭材料在燃料电池中的应用生物质基多孔炭材料因其高比表面积和良好的导电性,在燃料电池中主要用作电极催化剂的载体。
其具体应用如下:1. 氧气还原反应(ORR)催化剂载体:燃料电池中,ORR是关键的电化学反应之一。
生物质基多孔炭材料因其高比表面积和多孔结构,可有效提高ORR催化剂的分散性和利用率,从而提高燃料电池的效率。
2. 氢气储存:多孔炭材料具有较高的氢气吸附能力,可应用于氢能储存领域,提高燃料电池的能量密度和续航能力。
四、生物质基多孔炭材料在超级电容器中的应用超级电容器是一种新型储能器件,其性能与电极材料密切相关。
生物质基多孔炭材料因其高比表面积和良好的充放电性能,在超级电容器中有着广泛的应用。
1. 双电层电容:生物质基多孔炭材料具有丰富的孔隙结构,能够在电极表面形成较大的双电层电容,从而提高超级电容器的能量密度。
MOF-5@GO复合材料的功能化修饰及其CO2吸附性能研究
MOF-5@GO复合材料的功能化修饰及其CO2吸附性能研究MOF-5@GO复合材料的功能化修饰及其CO2吸附性能研究随着全球能源需求的不断增长和气候变化的加剧,对于有效捕获和利用CO2等温室气体的需求越来越迫切。
金属有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)作为一种新型的多孔材料,具有高比表面积、可调控的孔径和化学功能性等优点,逐渐成为CO2吸附材料的研究热点。
然而,MOFs的应用受到其本身结构稳定性和CO2吸附容量的限制。
为了克服这些限制,科学家们开始研究掺杂MOFs的方法,其中一种就是通过将MOFs与石墨烯(Graphene Oxide, GO)复合来改善其性能。
石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有高导电性、高热导率和大表面积等特点。
由于其优异的性能,石墨烯已成为一种理想的功能化修饰剂,被广泛应用于催化剂、电化学电极和吸附材料等领域。
将石墨烯引入MOFs中,可以提高复合材料的稳定性、孔隙结构可控性和CO2吸附能力,从而提高CO2的捕获效率。
功能化修饰是指将石墨烯表面修饰成特定的化学官能团,以增强其与MOFs的相互作用。
常用的功能化修饰方法包括化学修饰、物理修饰和光学修饰等。
其中,化学修饰是最常见的方法,可以通过表面修饰剂的共价或非共价键结合来实现。
例如,在石墨烯表面引入羧酸官能团可以增强MOFs与石墨烯的相互作用力,提高复合材料的稳定性和吸附性能。
物理修饰通常采用吸附剂的方法,通过调整吸附剂的粒径和浓度来调节石墨烯与MOFs的相互作用。
光学修饰则利用激光或光照射技术,使石墨烯发生结构变化,增强其与MOFs的相互作用。
实验证明,功能化修饰后的MOF-5@GO复合材料具有较高的CO2吸附容量和选择性。
这是因为石墨烯的引入增加了复合材料的比表面积,并形成了更多的吸附空间。
另外,石墨烯的高导电性可以加速CO2的传输和吸附过程,提高吸附效率。
此外,MOF-5@GO复合材料还表现出良好的循环稳定性和再生性能,能够多次重复使用而不损失吸附性能。
有机骨架衍生碳材料在超级电容器方面的应用
CHEMICALANDMATERIALS化工与材料-2㊀-有机骨架衍生碳材料在超级电容器方面的应用王诺亚作者简介:王诺亚(1996-)ꎬ女ꎬ汉族ꎬ安徽宿州人ꎬ硕士在读ꎬ安徽理工大学材料化学工程专业ꎬ研究方向:碳基超级电容器电极材料ꎮ(安徽理工大学ꎬ安徽淮南232000)摘㊀要:超级电容器相较于传统电容器具有更高的功率密度ꎬ更宽的工作窗口和更长的使用ꎬ近年来引起了广泛关注ꎮ许多有机骨架衍生的多孔聚合物材料ꎬ例如多孔有机骨架(POF)ꎬ金属有机骨架(MOF)ꎬ共轭有机骨架(COF)等衍生的电极材料在超级电容器中均表现出优异的性能ꎮ本文主要归纳总结了近些年来对有机骨架衍生碳材料在超级电容器方面的应用的一些研究ꎮ关键词:超级电容器ꎻ传统电容器中图分类号:TB322㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1671-1602(2019)16-0002-01㊀㊀1㊀介绍随着便携式电子设备市场的快速增长和混合动力电动汽车的发展ꎬ对环保型高功率能源的需求不断增长ꎮ超级电容器(SC)由于具有长循环寿命ꎬ原理简单和高动态充电等优点而深受研究人员喜爱ꎮSC通常需要大比表面积的电极[1]ꎮ活性炭因其高表面积ꎬ良好的电子导电性和优异的化学稳定性而在SC电极的开发中引起了研究者们极大的兴趣[2]ꎮ然而ꎬ常见的活性炭含有孤立和不规则的孔道ꎬ导致电解质离子不能充分进入碳表面ꎮ因此ꎬ活性炭电极的比电容有很大限制[3]ꎮ当微孔炭的不规则孔隙得到适当的优化ꎬ微孔碳可以实现进一步的发展[4]ꎮ此外ꎬ碳颗粒或球体由于具有规则的几何形状ꎬ可控的孔隙率等优点而备受关注[5]ꎮ堆积孔隙为离子进入电极存储位置提供了低电阻通道ꎬ可以提高电化学性能[6]ꎮ除了孔结构外ꎬ电极材料的表面功能化是电化学性能的另一个关键因素[7]ꎮ碳材料的杂原子官能化可以改善其表面润湿性ꎬ电导率和电容性能[8]ꎮ这里ꎬ我们分别介绍比表面优异的多孔有机骨架(POF)ꎬ金属有机骨架(MOF)ꎬ共轭有机骨架(COF)及其在SC方面的应用ꎮ2㊀多种有机骨架在SC方面的应用POF具有优异的热稳定性和化学稳定性ꎮ通过适当选择前体和合成方法ꎬ可以制备具有不同孔径和结构的POFꎮ另外ꎬ还可以将各种官能团引入孔的表面ꎮ这些独特的特性为POF在实际应用中提供了巨大的潜力ꎮPOF具有非常有效填充的刚性有机碎片的框架ꎬ通过共价键连接ꎬ形成连续的多孔通道和丰富的内部孔隙ꎮPOF被认为是生产微电子碳材料的有前途的前体ꎬ具有良好的电化学电容器性能ꎮPOF的孔径ꎬ结构和官能团具有优异可控性ꎮ由于各种POF的合成仍处于快速发展阶段ꎬ对于适用于SC的杂原子掺杂碳框架ꎬPOF前体的结构和成分各不相同ꎬ因此有很多种候选材料可供选择ꎮ具有高表面积的MOF作为一类新型多孔材料引起了研究人员极大的兴趣ꎬ因为它们比其他多孔材料表现出更大的吸附能力ꎮ具有不同颗粒形状ꎬ孔隙率和表面功能的MOF可以通过使用有机和无机成分的无限组合来轻松制备[9]ꎮ然而ꎬMOF的低导电率和低稳定性限制了它们在储能器件中的使用ꎮMOF可以作为牺牲模板和次生碳前体ꎮ在惰性气氛中碳化过程中ꎬ多孔碳网络的形成和MOF的分解可以同时发生ꎮ由于MOF中的大部分含量是碳ꎬ所以可以通过直接碳化MOF来实现NPC的额外前体[10]ꎮMOF衍生的NPC已经成为一种新型的碳材料ꎬ前体MOF具有明确形状与高表面积和大孔隙体积ꎬ这使它们成为能源储存应用的理想选择ꎮCOF由于其可调孔隙率和具有高原子精度的周期性有序结构而引起了巨大的科学关注[11]ꎮ最近ꎬCOF被认为是SC中有前途的材料ꎬ因为它们具有长程有序性和高的可接触表面积ꎬ这对于电极-电解质界面内的有效离子传输是理想的ꎮ此外ꎬ网状结构构造的优点导致在多孔COF骨架内明确掺入氧化还原活性官能团ꎬ从而导致它们的具有高的赝电容ꎮ基于COF的高性能电极材料的制造具有相当大的电解质可接近的表面积ꎬ并且在媒染剂电解质条件下具有优异的循环稳定性ꎬ这仍然是具有挑战性和非常期望的ꎮ3㊀结语开发新的碳基材料作为SC的电极是非常有意义的ꎬ因为SC中的常规活性碳电极不能满足对电子器件的高能量和功率密度日益增长的需求ꎮ杂原子掺杂的碳由于高电子导电性和较好的亲水性ꎬ加上它们易于合成和官能化ꎬ在能量储存和转化应用中显示出巨大的潜力ꎮ未来关于有机骨架的碳基SC材料的发展非常值得我们期待ꎮ参考文献:[1]㊀钟海云ꎬ李荐ꎬ戴艳阳ꎬ等.新型能源器件 超级电容器研究发展最新动态[J].电源技术ꎬ2001ꎬ25(5):367-370.[2]㊀李雪芹ꎬ常琳ꎬ赵慎龙ꎬ等.基于碳材料的超级电容器电极材料的研究[J].物理化学学报ꎬ2017ꎬ33(1):130-148.[3]㊀介孔碳超级电容器电极材料的研究[D].兰州理工大学ꎬ2011.[4]㊀文怀梁ꎬ赵伟ꎬ靳琳浩ꎬ等.活性碳堆积密度对双电层超级电容器性能的影响[J].电子元件与材料ꎬ2017ꎬ36(3):26-30.[5]㊀吴水林ꎬ朱彦武.面向可实用超级电容器的致密化碳材料研究[J].ScienceChina.Materials中国科学:材料科学(英文)ꎬ2017ꎬ60(1):1.[6]㊀孙凯ꎬ张希华ꎬ李斌ꎬ等.能源互联网背景下的新型碳材料在超级电容器储能技术中的应用与发展[J].功能材料ꎬ2018ꎬ49(2):2043-2053.[7]㊀郭慰彬ꎬ陈嘉炼ꎬ刘金玲ꎬetal.超级电容器用碳基电极材料研究进展[J].电子元件与材料ꎬ2019ꎬ38(01):5-12.[8]㊀杂原子掺杂碳材料及其复合材料在超级电容器中的应用研究[D].苏州大学ꎬ2018.[9]㊀张义东.基于金属有机骨架的超级电容器电极材料的制备与性能研究[D].东南大学ꎬ2016.[10]㊀赵昱颉ꎬ刘金章ꎬMichaelꎬ等.金属有机框架材料在超级电容器中的应用研究进展[J].ScienceChina.Materials中国科学:材料科学(英文)ꎬ2018(2):159-184.[11]㊀陈光铧ꎬ徐建华ꎬ杨亚杰ꎬ等.超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展[J].材料导报ꎬ2009ꎬ23(19):109-113.。
mof材料在超级电容器及相关领域的应用
MOF 材料在超级电容器及相关领域的应用王水兵,张凯(武汉纺织大学电子与电气工程学院,湖北武汉430200)摘要:随着电子设备的蓬勃发展,各种可穿戴式便携式电子设备产业在市场中快速兴起。
各种新兴的电子设备具有很好的发展前景,考虑到其在各种复杂功能方面的潜力,我们需要可靠的高性能的能量储存装置来驱动新兴的电子产品。
近年来,超级电容器已经成为一种很有发展前景的储能器件。
MOF 独特的多孔3D 结构使得其具有高孔隙率、大比表面积的优点,使其在过去的数年中,广泛应用到催化、储能、传感以及气体的储存与分离等方面。
关键词:超级电容器;储能器件;MOF 中图分类号:TM 53文献标识码:A 文章编号:1671-1602(2019)23-0115-01第一作者简介:王水兵(1965—),男,汉族,湖北武汉市,武汉纺织大学电子与电气工程学院工程中心,研究方向:医疗设备开发。
1MOF 在超级电容器方面应用随着电子行业的发展,人们对储能材料的要求越来越高,人们越来越倾向于新型绿色环保储能装置。
超级电容器不仅具有电容器的快速充放电特性和电池的储能特性,而且还具有高功率密度循环和稳定性强的优势。
因此,其在能源方面具有很广阔的发展前景。
非贵重金属由于其储量较为丰富和价格低廉的优点,成为了人们研究的主要对象,其中人们对过渡金属在超级电容器方面的应用产生了浓厚的兴趣。
过渡金属氧化物、氢氧化物和硫化物,他们具有良好的电化学性能,都可以在A SC 中用作正极材料。
与正极材料的多样化相比,负极材料较为单一,一般都使用碳材料。
也有少数报道了赝电容负极材料,如V 2O 5,M oO 3,F e 2O 3等。
超级电容器负极材料是限制超级电容器发展的一个重要瓶颈。
2MOF 独特结构及相关领域应用金属有机框架材料(M etal-O rgan ic F ram ework s,M O F )是近年发展的一种配位聚合物,以金属离子为连接点,通过有机配位体构成具有多孔的3D 结构。
酚醛树脂为前驱体制备多孔碳泡沫材料
酚醛树脂为前驱体制备多孔碳泡沫材料刘明贤;甘礼华;吴方锐;徐子颉;郝志显;田辞;陈龙武【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2008(039)001【摘要】以液态酚醛树脂为前驱体,正戊烷为发泡剂,吐温80为匀泡剂,在高压釜中通过卸压发泡的方法制备了酚醛树脂泡沫,然后将其经1000℃碳化后得到碳泡沫.研究结果表明,所得的典型碳泡沫样品是一种以无定形碳结构为主的轻质多孔碳材料,密度约为0.15g/cm3.碳泡沫的微结构可以通过调节卸压速率而得到有效控制,当卸压速率为0.05MPa/min时,可以得到孔洞相互贯穿、平均孔径约为300μm且分布较为均匀、接点完好,韧带光滑的多孔碳泡沫.【总页数】3页(P108-110)【作者】刘明贤;甘礼华;吴方锐;徐子颉;郝志显;田辞;陈龙武【作者单位】同济大学,化学系,上海,200092;同济大学,化学系,上海,200092;同济大学,化学系,上海,200092;同济大学,化学系,上海,200092;同济大学,化学系,上海,200092;同济大学,化学系,上海,200092;同济大学,化学系,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】O648;TQ127.11【相关文献】1.不同形态MOF-5为前驱体合成多孔碳材料及其超级电容特性 [J], 王惠婷2.用金属生物大分子配合物前驱体制备r多孔碳球及其电化学性能 [J], 张保海;罗民;杨顺;付蓉蓉;马金福3.正戊烷发泡法制备多孔碳泡沫材料 [J], 甘礼华;刘明贤;王曦;田辞4.以南瓜为前驱体制备多孔碳/硒复合材料并用于Li-Se电池正极材料的应用 [J], 赵虔;丁志锋;郑乔天;吴修龙;冯量予;尹杨;赵康宁;彭邦原;缪镇远5.酚醛树脂前驱体CC复合材料研究——硼酚醛树脂理化性能分析及固化、热解过程研究 [J], 李崇俊;马伯信;金志浩因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
Zn-MOF、Co-MOF衍生多孔微纳复合材料的制备及其在能量存储与转化中的应用
Zn-MOF、Co-MOF衍生多孔微纳复合材料的制备及其在能量存储与转化中的应用随着经济的迅速发展,环境污染和能源短缺问题日益严峻,如何能够更加有效和稳定地生产、利用可再生能源成为目前人类亟待解决的问题。
人们对新能源高效利用的关键在于能源的存储和转化,这些装置的性能高低严重依赖于其电极材料的性能,而材料性能的提升将是新一代储能和转换设备发展的关键。
近年来,金属有机骨架(MOFs)材料在电化学中得到了广泛的应用,因其组成和结构的可调节性,人们可以根据目标性能的要求而在分子水平上对其进行定向设计,而且MOF材料高度有序和大小可调的孔结构也有利于物质在其中快速迁移。
由于这些独特的优势,MOFs可以作为牺牲模板通过不同处理方法制备各种微米/纳米结构,并用于能源存储和转化领域。
本论文的研究内容如下:(1)制备了 MOF衍生的高N含量的多孔碳纳米棒复合材料H-N-C并用作超级电容器电极材料。
分两步对MOF进行碳化,并在两步碳化过程中间添加新的含N配体与第一步碳化产物结合形成双配体金属有机框架材料Zn-MOFs,然后高温煅烧获得具有高N含量的多孔碳纳米棒。
通过对反应时间、温度的调控改善了产物的孔结构和N含量,提升了材料的比电容和稳定性并获得了具有优异性能的样品H-N-C-700。
其在1.25 A/g的电流密度下比容量表现为162 F/g,并且在20 A/g的高电流密度下循环10000次后容量无衰减,表现出优异的循环稳定性。
(2)制备了 MOF衍生的中空核壳结构Co2P@C并用于析氧反应催化剂。
使用Co基MOF作为前驱体,通过一步法对前驱体同时进行磷化和热处理过程,成功制备中空结构的Co2P@C。
通过调控热解步骤、磷化温度、磷化速率,研究对产物的成分、结构的影响并获得了具有高效催化性能的样品DCo-P-450-2。
其在电流密度为10 mA/cm2时表现出330 mV的过电位,塔菲尔斜率仅为44 mV/dec,且表现出非常好的循环稳定性。
mof衍生碳纳米材料
mof衍生碳纳米材料
MOF (金属有机骨架材料) 是一类以金属离子或金属簇为节点、有机配体为连接体的晶体材料。
它具有特殊的多孔结构、可调控的孔径和表面功能性,因此被广泛研究和应用于气体吸附与储存、气体分离与传感、催化等领域。
MOF材料具有高度的化学可调控性和结构多样性,可以通过
合成来调节孔径大小和表面性质,进而合成出不同应用需求的碳纳米材料。
例如,通过选择特定的配体和金属离子,研究人员可以合成出具有高度多孔结构的MOF材料,进一步将其进
行碳化处理,得到具有纳米结构和大表面积的碳材料。
这些碳纳米材料可以被用作催化剂支撑材料、储能材料、吸附剂等。
此外,通过将MOF材料与其他碳材料如石墨烯、碳纳米管等
进行复合,还可以得到具有优异性能的复合碳纳米材料。
这些复合材料可以具有高导电性、高孔容、高力学性能等特点,在电化学能源存储、催化反应等方面具有潜在应用前景。
总结来说,MOF衍生碳纳米材料是通过合成、碳化或与其他
碳材料复合等手段,利用MOF材料所特有的可调控多孔结构
和多样性化学性质形成的一类碳纳米材料,具有广泛的应用潜力。
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W ANG Hu i - t i n g
( S c h o o l o f Ma t h e ma t i c s a n d P h y s i c s , U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g , B e i j i n g 1 0 0 0 3 6 , C h i n a )
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王惠婷
不 同形 态 MO F一 5为前 驱体 合成 多ຫໍສະໝຸດ 碳材 料及 其超 级 电容特性
不 同形 态 MO F一 5为前 驱 体 合 成 多 孔 碳 材 料及 其 超级 电容 特性
王 惠婷
( 北 京科技 大学数理 学院 , 北京 1 0 0 0 3 6 )
摘 要 :以不 同形 态 的 MO F一 5为 前驱 体 , 直 接碳 化合 成 多孔碳 电极 材料 , 用 x射 线衍 射 ( X R D) 、 透 射 扫 描 电镜 ( S E M) 对样 品的形貌 和结 构 进行 表 征 , 然 后再 把 该 样 品用 作 超 级 电容 器 的 电级材 料 , 利 用循 环 伏 安 法、 恒 流充放 电对 电容 器 电化学 性 能进 行 测 试 。结 果表 明 , 其 中一 种 形 式 材 料要 比另 一 种 形 式 材料 的 比表 面积 大 , 而 且孔 结构 比较 丰 富 , 作 为超级 电容器 的 电极 材料 具 有 良好 的 电化学 性 能 , 在¥ A / g 充 放 电流 下 , 电
过 去几 十 年 里 , 多孔材料 发展成 为化学 、 物 理 以及 材 料科 学等 学科 领域 的研 究 热 点之 一 。这 些 材
料 所 合成 ] , 而 其 中以 MO F s 为前 驱 体 合 成 先进 功 能 材料 , 如 纳 米 多 孔 碳 材 料 和 金 属 氧 化 物 纳 米
料 已被 广 泛应用 于 气 体储 存 、 吸 附催 化 和 电化 学 等
方面¨ , 然 而 在 以 金 属 一有 机 框 架 ( m e t a 1 . o r g a n i c
材料 , 是 目前 MO F s化 学 以及 新 功 能材 料研 究 领 域
容可达 1 2 5 F / g 。
关键 词 :多孔 材料 , 前驱 体 , 超级 电容 器 , 金 属有 机骨 架
中 图分类 号 :T U 5 l 2 . 2
Po r o u s Ca r bo n Ma t e r i a l s a nd The i r S up e r Ca pa c i t a n c e Pr o pe r ie t s Ba s e d o n Di fe r e nt Mo r ph o l o g y M OF 一5 s