纳米多孔碳气凝胶的储氢性能_沈军
以水玻璃为源常压制备高保温二氧化硅气凝胶_沈军
ρ=
M V
ρ为气凝胶样品密度 , M 为其质量 , V 为其堆积体
* 基金 项目 :国防军品配套资助项目(JPP T-115-292);上海市科委 科技攻关 计划资助项 目(055211010);上海市重 点实验室 资助
项目(07DZ 22302);上 海 市 晨光 计 划 资 助 项 目(2007CG 26);同 济 大 学 青 年 优 秀 人 才 培 养 行 动 计 划 资 助 项 目
水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的
可溶性碱金属硅酸盐 , 又称泡花碱 。 根据碱金属的种 类水玻璃可分为两类 :钠水玻璃和钾水玻璃 , 其分子式 分别为 N a2 O · nSiO 2 和 K 2 O · nSiO 2 。其中的系数 n 称为水玻璃模数 , 是水玻璃中氧化硅和碱金属氧化物
图 5 样品 2 、4 红外图谱
Fi g 2 P ho to graph of sam ple w it h H F as cat aly st
孔洞体积更大 。 这对 样品的性质具 有了决定性的意
两步 HN O 3-N aO H 催化法所制备样品较一步催 化法所制备样品各方面性能较佳 ;呈粉末状 , 骨架强度
义 :密度更小 , 热导率更低 。 从表 1 中可看出 , 一步催化法所 制备的样品 1 、2
图 3 HN O 3-N aO H 催化所得样品图 Fig 3 P hot og raph of sample w it h H NO3-N aOH as
cataly st s
气凝胶的内部结构为三维网状 , 因此内部固体网
络接触部分较小 , 固态传导的热量少 ;孔洞平均线度小
于气体分子平均自由程 , 气体分子间碰撞传热极少 ;同
本文尝试使用了工业水玻璃作为硅源 , 在未经过 离子交 换 的 情 况 下 , 分 别 通 过 H F 一 步 催 化 法 与 H N O3-N aO H 两步催化法 , 常压条件下成功制备了低 密度 、低热导率 、高效隔热的二氧化硅气凝胶并对其进 行了性质表征和性能形成机理的讨论与研究 。
基于纳米技术的储氢材料研究和应用
基于纳米技术的储氢材料研究和应用随着能源消耗的加速和环保意识的抬头,储氢技术已经成为了重要的节能环保技术之一。
然而,当前还没有一种较为完美的储氢材料方式出现,需要通过科技创新来解决这一难题。
而基于纳米技术的储氢材料研究和应用便是最具安全、稳定性和储氢含量的新型材料,下文将介绍其特点和应用前景。
一、纳米技术储氢材料简介一般来说,储氢的材料大致可以分为三类:压缩氢气储存方法、液态储氢方法及固态储氢方法。
而纳米技术储氢材料便属于以固态储氢为主的一种新型材料方式。
它采用了纳米晶和多孔材料的优势,可以特别有效地储存和释放氢气,拥有更大的储氢密度。
因此,纳米技术储氢材料的出现,将会极大地改变当前的储氢体系,推动未来产业的创新。
二、纳米技术储氢材料的特点纳米技术储氢材料具有以下几个特点:1. 储氢量大与传统储氢方式相比,基于纳米技术的储氢材料储氢量较大,能够在相同体积和重量的情况下储存更多的氢气,为储氢技术的大规模应用打下了基础。
2. 更加安全其特殊的纳米结构可以有效地降低氢气释放的压力和温度,提升储氢材料的安全性。
而固态储氢还可以避免液化和压缩气体对储存设备的污染和腐蚀问题,减轻了储氢周期负载的难度。
3. 操作简便纳米技术储氢材料具有操作简单、使用方便的特点。
它可以使用相对简单和低成本的装置进行储氢,不需要过于复杂和昂贵的储氢设备。
这也为工业和民用储氢提供了更加便利和实用的选择。
三、纳米技术储氢材料的应用前景1. 汽车行业在当前汽车制造业中,探究替代燃料和减少尾气污染是一个长期的趋势。
而纳米技术储氢材料正是应用于这种新型能源的最有前景的储氢材料之一。
未来,用纳米技术储氢材料储制氢燃料的汽车的研究和应用,无疑将有力促进整个汽车行业技术的升级和发展。
2. 能源存储行业能源存储是保障能源稳定性和优化能源利用的重要方向。
而纳米技术储氢材料的出现,则可以为能源存储提供具有成本优势和储量优势的替代方案。
未来,纳米技术储氢材料应用于储能领域的探索和实践也必将得到广泛的开发和应用。
用于储氢材料的碳/掺杂碳气凝胶研究
第 4 卷第 5 2 期
20 年5 0 8 月
原
子
能
科 学
技 术
Vo1 4 NO 5 . 2, .
M a 00 y2 8
A t i om c Ene g i n e a d Te hn o r y Sce c n c ol gy
0U YANG n Lig,S EN u ,ZHOU i H Jn B n,H OU i— in , Jn qa g
MIYi i,ZHANG h— u ,W U a gmig —e j Zi a h Gu n - n
( h n tt t f S l t t y is Po lI siu eo oi S a ePh sc ,To g i i est d n j v riy,S a g a 0 0 2 Un h n h i2 0 9 ,Chn ) i a
i 8 / o h cia e a b n a r g l. Th e u td ma e il r h r c s 25 2m。 g f r t e a tv td c r o eo es e r s le t r s we e c a a - a
t rz d by e ie m e ns f t o n d o pto a o nir ge a s r i n, s a c nni e e ton ng l c r mir c py, t a mi so c os o r ns s i n e e t o ir c y a r y dif a to l c r n m c os op nd X- a fr c i n. I dd ton,a nc e s n t s f c r a n a ii n i r a e i he ura e a e a d m ir po e v l ef r t - pe a b e og l r t d. n c o r o um o he Pd do d c r on a r e s we e no e Ke r s: c r n e og l CO2 c i a i n; m e a — o d a b n e o l hy o n y wo d a bo a r e s; a tv to t ld pe c r o a r ges; dr ge
SiO_2气凝胶的力学性能增强研究_唐浩云
Mechanical properties strengthening of silica aerogels
Tang Haoyun1 Shen Jun2 Yan Peng2 Zhou Bin2
(1.School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics,Tongji University,Shanghai 200092; 2.Shanghai Key Laboratory of Special Artificial Microstructure Materials and Technology,Tongji University,Shanghai 200092)
作 者 简 介 :唐 浩 云 (1992- ),男 ,本 科 生 ,主 要 从 事 复 合 材 料 力 学 特 性 的 研 究 。 联 系 人:沈军,教授,博士生导师。
第3期
唐浩云等:SiO2 气凝胶的力学性能增强研究
· 89 ·
图 1 火 星 探 测 器 着 陆 器 中 气 凝 胶 的 应 用
Vol.42 No.3 ·88·
化 工 新 型 材 料 NEW CHEMICAL MATERIALS
第 42 卷 第 3 期 2014 年 3 月
SiO2 气凝胶的力学性能增强研究
唐浩云1 沈 军2* 闫 彭2 周 斌2
(1.同济大学航空航天与力学学院,上海 200092; 2.上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室(同济大学),上海 200092)
Abstract On condition that silicon concentration was kept at a constant level,mechanical strong silica aerogels were
气凝胶的15个吉尼斯记录
气凝胶的15个吉尼斯记录(原创版)目录1.气凝胶的概述2.气凝胶的吉尼斯记录种类3.气凝胶的特点4.气凝胶的应用领域5.气凝胶的未来发展前景正文气凝胶是一种新型的高科技材料,它具有低密度、高孔隙度、低热导率等优异性能,因此被广泛应用于各个领域。
气凝胶由于其独特的性质,已经创造了 15 个吉尼斯世界纪录,下面我们将详细介绍这些记录。
1.气凝胶的概述气凝胶是一种由纳米级颗粒组成的多孔材料,它具有良好的绝热性能、低热导率和低密度。
气凝胶的主要成分是硅、氧、碳等元素,它具有很高的孔隙度,可以达到 90% 以上。
2.气凝胶的吉尼斯记录种类气凝胶目前保持着 15 个吉尼斯世界纪录,包括以下记录:(1) 最轻的固体材料:气凝胶的密度非常低,最低可以达到 0.16mg/cm3,因此被认为是世界上最轻的固体材料。
(2) 最高的孔隙度:气凝胶的孔隙度可以达到 90% 以上,因此具有非常好的绝热性能。
(3) 最低的热导率:气凝胶的热导率非常低,可以低至 0.013 W/m·K,因此被广泛应用于绝热材料。
(4) 最长的使用寿命:气凝胶具有非常长的使用寿命,可以长达 20 年以上。
(5) 最高的吸附能力:气凝胶具有非常高的吸附能力,可以吸附大量的气体和液体。
3.气凝胶的特点气凝胶具有以下特点:(1) 低密度:气凝胶的密度非常低,可以低至 0.16 mg/cm3。
(2) 高孔隙度:气凝胶的孔隙度可以达到 90% 以上。
(3) 低热导率:气凝胶的热导率非常低,可以低至 0.013 W/m·K。
(4) 耐高温:气凝胶可以耐受高温,最高可以达到 1200℃。
(5) 耐腐蚀:气凝胶具有很好的耐腐蚀性能,可以抵抗各种化学物质的侵蚀。
4.气凝胶的应用领域气凝胶由于其优异的性能,被广泛应用于各个领域,包括:(1) 绝热材料:气凝胶具有非常好的绝热性能,因此被广泛应用于建筑、家电等领域。
(2) 吸附材料:气凝胶具有非常高的吸附能力,因此被广泛应用于吸附气体和液体。
碳基材料在储氢方面研究进展
活性炭在储氢领域的应用探究
活性炭在储氢领域的应用探究王业贵【摘要】活性炭技术发展得如火如荼,氢气能源也受到了极大的关注,在小型设备中高效地存储氢气是一个很关键的问题,可以使得交通工具等更加节能轻便.本文通过对于活性炭的发展以及储氢方案的分析,对于活性炭在储氢领域的应用进行了探究,力求为活性炭储氢的创新提供思路.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】2页(P26-27)【关键词】活性炭;储氢技术;创新应用【作者】王业贵【作者单位】华东交通大学江西 330013【正文语种】中文【中图分类】TQ活性炭是一种加工成具有小的低体积孔的碳形式,其增加可用于吸附或化学反应的表面积,活化能力有时用活性来表示。
由于其高的微孔性,仅1克活性炭具有超过3000m2(32,000平方英尺)的表面积,这是通过气体吸附测定的。
足以用于实验或其他用途的活化水平可以仅从高表面积获得,然而,进一步的化学处理通常增强吸附性能。
活性炭通常来源于木炭,有时被用作生物炭。
源自煤和焦炭的那些分别称为活性炭和活性焦炭。
碳吸附在现场和工业过程中从空气或水流中除去污染物有许多应用,例如:清洗地下水、修复饮用水、过滤空气、净化挥发性有机化合物等。
在早期实施安全饮用水法案期间,EPA官员制定了一项规定,要求饮用水处理系统使用颗粒活性炭。
但是,由于其高成本,这样的规则在全国各地的供水行业遇到了强烈的反对,该机构搁置了这个规定。
活性炭也用于测量空气中的气体浓度,正在进行研究以测试各种活性炭储存天然气和氢气的能力。
多孔材料用作不同类型气体的海绵,气体通过范德华力被吸引到碳材料,一些碳已经能够实现5-10kJ / mol的结合能。
这些值已经达到了美国能源部颁发的标准,但可惜的是,这个结果依旧没有被其它的人从理论上或实验上证明,对于纳米纤维吸附储氢的计算机模拟也不能解释这个现象。
在目前的计算机模拟中主要考虑的是氢的物理吸附储存,而Wang和Johnson证明,即使存在化学吸附,也不可能实现这个吸附量。
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炭气凝胶的制备与吸附氢气性能
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald44炭气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定形碳素材料,可以通过溶胶-凝胶、超临界干燥和碳化过程制备,孔隙率可达到80%~98%,网络结构的胶体颗粒粒径分布为3~20 n m,而比表面积范围在600~3 000 m 2/g,密度范围则在0.16~800 m g/c m 3[1-5]。
由于具有纳米网络结构、大孔隙率以及大比表面积等特征,炭气凝胶是一种优异性能的功能材料,使其在隔热材料、光学材料、催化剂载体、吸附材料等方面具有特殊的用途。
它是大能量密度和大功率密度的新一代细网光电管的单光子计数器、新型高效可充电电池、超级双电层电容器的理想电极材料[6-7]。
国内多家研究机构对炭气凝胶的合成进行研究,但其制备方法通常通过碳化处理酚醛类有机气凝胶得到的(当碳化①基金项目:绵阳师范学院科研启动项目(No.QD2015A001);绵阳师范学院校级重点项目(No.2014A03)。
作者简介:陈擘威(1977—),男,四川达县人,博士,副教授,主要从事功能材料、计算材料学的研究。
DOI:10.16660/ k i.1674-098X.2016.21.044炭气凝胶的制备与吸附氢气性能①陈擘威1,2(1.绵阳师范学院数理学院;2.绵阳师范学院计算物理研究中心 四川绵阳 621000)摘 要:以氯化锌和聚丙烯酸作为前驱物,采用还原法,在一氧化碳和氮气的混合气体中,还原锌基复合气凝胶,成功制备出炭气凝胶。
通过用场发射扫描电镜(FESEM)、射电子显微镜(HRTEM)和N 2吸脱附测试对气凝胶的微观结构表征,结果表明:孔洞分布均匀,具有典型的三维空间网络结构,其比表面积为1 806 m 2/g,孔径分布在2~30 nm。
在常温下,压力在0.1~5 MPa范围内,测试了气凝胶的吸附氢气性能,发现该气凝胶具有较高的吸附氢气能力,压力达到5 MPa时,吸附能力最强,为0.29 wt.%。
气凝胶 15项吉尼斯纪录 列表
气凝胶:创造15项吉尼斯纪录的神奇材料气凝胶,又称超轻多孔材料,是一种由96%以上的空隙构成的固体材料。
由于其独特的物理结构和化学性质,气凝胶在各个领域都展现出了惊人的潜力,创造了多项吉尼斯世界纪录。
本文将以15项吉尼斯纪录为线索,探讨气凝胶在不同领域的应用和突破。
一、世界上最轻的固体气凝胶因其大量的微孔结构,拥有非常低的密度,因此被认定为世界上最轻的固体材料,十分轻盈,让人难以置信。
二、世界上最低的热导率由于其多孔结构,气凝胶表现出惊人的隔热性能,使其成为世界上热导率最低的材料之一。
三、世界上最高的比表面积气凝胶的高比表面积使其具有极强的吸附性能,是世界上比表面积最高的固体材料之一,广泛应用于催化剂、吸附剂等领域。
四、世界上最低的密度固体正是由于其极低的密度,气凝胶被认定为世界上最低密度的固体材料,这一特性为其在航空航天等领域的应用提供了巨大便利。
五、世界上最强的吸声材料由于其多孔结构和高比表面积,气凝胶表现出了卓越的吸声性能,成为世界上最强的吸声材料之一。
六、世界上最强的隔热材料气凝胶因其低热导率和隔热性能,被认定为世界上最强的隔热材料,被广泛应用于建筑、航天航空等领域。
七、世界上最强的吸油材料气凝胶因其高比表面积和亲油性,被认定为世界上最强的吸油材料,广泛应用于油水分离、环保清洁等领域。
八、世界上最强的抗拉材料通过特殊处理,气凝胶表现出了出色的抗拉性能,被认定为世界上最强的抗拉材料之一,被广泛应用于新能源、新材料等领域。
九、世界上最好的保温材料气凝胶因其低密度、低热导率和多孔结构,表现出了出色的保温性能,成为世界上最好的保温材料之一。
十、世界上最好的隔音材料由于其多孔结构和吸声性能,气凝胶成为世界上最好的隔音材料之一,广泛应用于建筑、交通等领域。
十一、世界上最好的吸湿材料气凝胶因其亲水性和大量的微孔结构,成为世界上最好的吸湿材料之一,被广泛应用于湿度调节、干燥剂等领域。
十二、世界上最好的吸附材料由于其高比表面积和多孔结构,气凝胶成为世界上最好的吸附材料之一,广泛应用于医药、环保等领域。
生物基多孔炭制氢储氢材料的研究进展
生物基多孔炭制氢储氢材料的研究进展作者:徐沣驰赵曜吕明磊来源:《科学大众·教师版》2021年第11期摘要:化石燃料不可再生且燃烧污染较大,风能、光伏、生物质等可再生新能源的波动性、季节性等特征对实际使用影响较大,因而研发清洁稳定的能源对人类社会可持续发展至关重要。
氢能作为燃料,燃烧热值高、无污染,是典型的清洁零碳能源。
将氢能与生物质材料有机结合,制备性能优异的生物基多孔炭材料,不仅有利于高效稳定制氢和储氢,而且可有效降低生产成本,为实现氢能的长期稳定使用提供了有效途径。
关键词:清洁能源; 氢能; 生物基多孔炭; 制氢; 储氢中图分类号:TB383;TK91 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2021)11-114-0021.前言化石燃料是当今世界最重要的能源,但随着科技的發展和人口的增长,不可再生的化石燃料终有一天会消耗殆尽。
同时,化石燃料燃烧向大气排放大量温室气体,造成大气环境污染,南北两极冰川融化、全球气候变暖、极端气候增加等正成为威胁人类生存的重大问题[1]。
利用风能、光伏和生物质等可再生能源发电可在一定程度上缓解因使用化石燃料而导致的环境问题,但风能、光伏和生物质能发电又具有波动性、季节性和间歇性等特点,尚不具备与常规能源发电的竞争力。
向“双碳”目标靠近,寻求和开发低碳、无碳新能源,成为可持续发展的唯一途径。
氢是自然界中含量最丰富的化学元素,氢气的燃烧热值高,且燃烧产物是水,对环境无污染,这也是其区别于石油、煤等传统化石燃料的最大优势。
因此氢被认为是解决全球变暖和相关能源环境问题的关键方案。
氢能作为一种清洁、零碳能源,拥有巨大储量,是未来最具前景的清洁能源之一。
氢气用作车用燃料能够极大降低对化石燃料的依赖,减少尾气对环境的污染。
但要想推进氢能应用,不仅需要先进的制氢技术[2],与之配套的高效储氢技术也不可或缺。
煤气化制氢、生物质气化制氢和电解水制氢是几种常见的制氢方式。
二氧化碳活化法制备高比表面积碳气凝胶
1 前言
碳气凝胶是一种新型的纳米结构多孔材料,目前主 要是以间苯二酚和甲醛为原料,在碳酸钠为催化剂的条 件下发生缩聚反应,形成间苯二酚−甲醛(Resorcinol− Formaldehyde, RF)有机气凝胶,经进一步高温碳化制得. 一般孔洞率高达 80%∼90%,BET 方法所得比表面积为 500∼1 000 m2/g[1−4],主要为微孔、介孔和少量大孔结构. 在超大容量电容器、锂离子电池电极和海水淡化等领域 都有广泛的应用前景[5,6].
首先在 50 ℃下维持 1 d,接着升温至 90 ℃,经 3 d 反应, 生成 RF 有机湿凝胶. 将该湿凝胶在丙酮中浸泡 3 d (温 度 25 ℃,相对湿度 40%),并且每天更换 1 次,以将有 机湿凝胶中的水替换完全. 将替换过的有机湿凝胶在空 气中干燥 3∼4 d,即得具有连续网络结构的纳米多孔 RF 有机气凝胶. 2.2 碳气凝胶的制备
3 结果与讨论
3.1 活化对碳气凝胶微观结构参数的影响 表 1 说明了活化工艺对碳气凝胶的比表面积等微
结构参数的影响. 可以看出活化后碳气凝胶的比表面积
收稿日期:2004−12−07,修回日期:2005−02−07 基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:20133040);国家高技术 863 计划资助项目(编号:2002AA842052);教育部跨世纪优秀人才计划资助项目;
Micropore volume (cm3/g)
521.99
0.28
0.24
1 780.32
1.01
0.53
Note: For the sample of A01, activation temperature is 1 000 ℃, gas flow rate 60 mL/min, and activation time 4 h.
弹性气凝胶的制备及其力学、热学性能研究
弹性气凝胶的制备及其力学、热学性能研究祖国庆;沈军;邹丽萍;王文琴;连娅;张志华【摘要】以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源、水为溶剂、醋酸和氨水作为酸碱催化剂,采用酸碱两步法和酒精超临界干燥制备了透明块体气凝胶.用扫描电镜、比表面积与孔径分析仪、动态力学分析仪和hotdisk热分析仪等表征了气凝胶的微观形貌、孔结构、力学、热学等性能.制备的气凝胶具有很好的弹性性能,压缩60%后可回复到原长的78%,经热处理后反弹到原长的94%.气凝胶同时具有较好的保温隔热性能,常温热导率仅为0.028 W/(m.K).其接触角达154°,表现出较好的疏水性能.气凝胶的耐热温度为440℃,高于此温度将导致甲基氧化分解.气凝胶优良的保温隔热性能和力学性能使其在保温隔热领域中具有广泛的应用前景.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2014(029)004【总页数】6页(P417-422)【关键词】气凝胶;甲基三甲氧基硅烷;弹性;低热导率【作者】祖国庆;沈军;邹丽萍;王文琴;连娅;张志华【作者单位】同济大学波耳固体物理研究所,上海市人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092;同济大学波耳固体物理研究所,上海市人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092;同济大学波耳固体物理研究所,上海市人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092;同济大学波耳固体物理研究所,上海市人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092;同济大学波耳固体物理研究所,上海市人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092;同济大学波耳固体物理研究所,上海市人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】O648SiO2气凝胶是一种密度低、结构可控的新型纳米多孔材料,其密度在3~500mg/cm3之间可调; 孔隙率可达80%~99.8%,孔径尺寸在1~100 nm之间,比表面积高达1000 m2/g[1]。
新型气凝胶材料的制备及其在储氢中的应用
新型气凝胶材料的制备及其在储氢中的应用近年来,储氢技术一直备受关注。
在这一领域,新型气凝胶材料成为了备受关注的一个新兴材料。
气凝胶是一种非常轻、孔隙度高的材料,其储氢性能优越,具有很大的应用前景。
本文将对新型气凝胶材料的制备及其在储氢中的应用进行详细介绍。
一、气凝胶材料的特性首先,我们来介绍一下气凝胶材料的特性。
气凝胶是一种具有微孔结构的材料,其表面积非常大,一般在500-1000平方米每克左右。
由于其表面积大,气凝胶材料很能吸附气体,比如氢气。
同时,气凝胶具有极低的密度,非常轻,且具有较好的热稳定性。
这些特性使其成为一种很好的储氢材料,可以用于制造储氢罐、复合材料等。
二、气凝胶材料的制备气凝胶材料的制备有多种方法,以下介绍两种主要方法。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的气凝胶制备方法,适用于制备非常小的粒子。
其主要步骤如下:(1) 溶解所需材料,将其转化为溶胶。
(2) 在溶胶中加入交联剂、催化剂等,混合均匀后进行淀粉凝胶处理。
(3) 将淀粉液煅烧后形成气凝胶。
2. 超临界干燥法超临界干燥法是一种针对制备大尺寸的气凝胶材料的方法,因此适用于制备大尺寸、高密度气凝胶材料。
其制备过程如下:(1) 取需要制备的气凝胶材料溶解于溶剂中,形成浓度为1%-10%的溶液。
(2) 将溶液放在超临界状态下,即高压、高温、高密度下,溶液呈现为超临界流体状态。
在此状态下,将溶液均匀喷洒在耐高温、高压的模具表面上。
(3) 模具加热,将溶液中的溶剂去除。
(4) 将模具中的气凝胶材料取出。
三、气凝胶在储氢中的应用由于气凝胶材料具有极佳的吸气性能,因此其在储氢领域具有广泛的应用。
1. 制造氢气储存罐由于气凝胶的低密度和高吸气性,氢气吸附在其中的量非常大。
因此,气凝胶材料可以用于制作储氢罐,存储更多的氢气。
2. 制作复合材料在氢气车辆的制造过程中,储氢罐需要兼顾强度、重量和储氢量。
因此,气凝胶材料可以与其他强度材料(如碳纤维)结合,在满足强度要求的情况下减轻储氢罐的重量。
高密度碳气凝胶的制备及电化学性能研究
高密度碳气凝胶的制备及电化学性能研究张会林;叶玉凤;吴学玲;沈军【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2018(037)009【摘要】碳气凝胶是高比表面积、低电阻的纳米多孔碳材料,有着广泛的应用前景,是一种较为优良的超级电容器电极材料.以间苯二酚和甲醛为反应前驱体,用溶胶-凝胶法制备出高密度(0.567 g/cm2)碳气凝胶.采用扫描电镜(SEM)以及氮气吸脱附等方法对高密度碳气凝胶的微观结构及孔特征进行表征;并通过循环伏安、恒流充放电法研究了不同催化剂含量即R/C值(间苯二酚和碳酸钠的摩尔比值)和溶质质量分数对高密度碳气凝胶材料的电化学性能的影响.结果表明当R/C值为200,溶质质量分数为30%时材料的电化学性能最佳,其在密度为0.567 g/cm2的情况下比表面积可达到1765 m2/g,当电流密度为1 A/g时相应的比电容达到164 F/g,具有更好的电化学性能.【总页数】6页(P48-52,56)【作者】张会林;叶玉凤;吴学玲;沈军【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093;同济大学上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海 200092;同济大学上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海 200092【正文语种】中文【中图分类】O469【相关文献】1.碳气凝胶/四氧化三钴复合材料的制备及电化学性能∗ [J], 傅晓燕;梅军;刘昊;刘西川2.超高比表面积氮掺杂碳气凝胶的制备及其电化学性能 [J], 常丽娟;袁磊;付志兵;韦建军;唐永建;王朝阳3.高密度间苯二酚-甲醛碳气凝胶ICF靶的制备与吸附性能研究 [J], 黄常刚;王朝阳;唐永建;王美丽;闫红梅;关峰4.聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的电化学性能研究 [J], 钟文斌;周阳;高利;喻楚英5.水热/溶剂热法制备锂电池负极材料碳气凝胶/Fe_2O_3及其电化学性能 [J], 罗大为;林峰;栾崇林;陈进洪;陈佳明;李雪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用
Vol 133No 13・46・化工新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第33卷第3期2005年3月作者简介:董志军(1973-),男,讲师,在读博士,主要从事纳米功能材料的研究。
二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用董志军1 颜家保1 涂红兵2 宋子逵1 范晓霞1(1.武汉科技大学,武汉430081;2.武钢焦化厂,武汉430082)摘 要 介绍了二氧化硅(SiO 2)气凝胶的结构特点及隔热性能;对二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法及其应用前景进行总结并作了适当的评述;探讨了该领域今后的研究方向。
关键词 SiO 2气凝胶,超临界干燥,隔热材料Studying on the preparation and application ofsilica aerogel composites for thermal insulationDong Zhijun Yan Jiabao Tu Hongbing Song Zikui Fan Xiaoxia (1.Wuhan University of Science and Technology.430081;2.Coking Plant of Wuhan Iron and Steel Company ,Wuhan 430082)Abstract The structure feature and thermal insulation property of silica aerogel are introduced in this paper ,then the preparation methods and application perspective of Silica aerogel composites for thermal insulation are summa 2rized and commented properly ,and the research direction in the f uture are also discussed finally.K ey w ords Silica aero 2gel ,supercritical drying ,Thermal insulation material 气凝胶的热传导由气态传导、固态传导和热辐射传导组成。
炭气凝胶的添加改善铅酸电池负极的性能
tery. Key words:lead—acid battery;carbon aerogel;electrochemical per formance
铅 酸 蓄 电池 具 有安 全 陛能好 、成 本低 和 资源 再 生 回收率高 等优势 ,是 应用范 围最 广泛 的二次 电池【lJ。 但铅酸电池同时也有比容量低 ,负极易发生不可逆 硫 酸 盐化 【z导 致 的 电池 的循 环性 能 不佳【 1的缺 点 。随 着科 技发 展 ,要 求 电池 在 高倍 率 部分 荷 电态 下
the lead-acid battery with carbon aerogel added increased.In the galvanostatic discharge test,when t he discharge rate set according to the theoretical value was 1 C,the discha r ge capacity after the addition of the carbon aerogel
关键词 :铅 酸电池 ;炭气凝胶 ;电化学性能
中图分类号 :TM911.1
文献标识码 :A
Addition of carbon aerogel im proves the performance of lead-acid batteries*
DING Ya-hong,DU Hong-da (Guangdong Provincial Key Laboratory of Thermal Management Engineering and Materials,
Tsinghua University Shenzhen Graduate School,Shenzhen 518055,China) Abstract:Carbon aerogel is a kind of porous carbon mater ial with high specif ic surface area and high conduc— tivity.In this study,carbon aerogel was used as a negative electrode additive to im prove the per form ance of lead— acid batteries.The amount of carbon aerogel added in the experiment accounted for 3% of the lead powder quality. In the cyclic voltamm etry test,the peak current of the oxidation and reduction reactions of the negative electrode of
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强激O2 通气速率为60mL/min。 1.3 钯 掺 杂 碳 气 凝 胶 的 制 备 钯掺杂碳气凝胶的制备主 要 是 在 溶 胶-凝 胶 过 程 之 中,用 过 渡 金 属 盐 直 接 代 替 碳 酸 钠 作 为 催 化 剂 来 实 施 的。钯掺杂碳气凝胶的制备采用了与上述纯碳气凝胶相同的制备工 艺 ,只 是 在 制 备 过 程 中 以 氯 化 钯(M)取 代 碳酸钠作为催化剂。氯化钯是一种强 酸 弱 碱 盐,它 的 水 溶 液 是 酸 性 的,对 RF 的 溶 胶-凝 胶 过 程 同 样 起 着 催 化 作用。我们采用间苯二酚与氯化钯的物质的量比 R′来表示掺杂的程度,另外为了便于研究掺杂物对碳气凝胶 微 结 构 的 影 响 ,实 验 过 程 中 将 反 应 物 的 质 量 分 数 固 定 为 30% 。 1.4 碳 气 凝 胶 的 性 能 表 征 及 结 构 测 试 采 用 称 重 法 测 量 具 有 规 则 外 形 的 气 凝 胶 样 品 密 度 ;用 比 表 面 积 和 孔 径 分 布 测 试 仪 测 试 碳/掺 杂 碳 气 凝 胶 样 品的比表面积和孔径分布;用扫描电镜观测样品微观结构;用透射电镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)仪测试掺杂 碳气凝胶的掺杂状态。氢吸附测试采用的是英国 HIDEN 公司的 HTP1-S。
* 收稿日期:2010-04-21; 修订日期:2010-11-10 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 科 学 基 金 项 目 (50802064);上 海 市 科 委 资 助 项 目 (0952nm700,10520706800) 作 者 简 介 :沈 军 (1967— ),男 ,博 士 ,教 授 ,从 事 纳 米 多 孔 材 料 方 面 的 研 究 ;shenjj@online.sh.cn。
表1 不同物质的量比 R 碳气凝胶的微结构参数 Table 1 Micro-structural parameters of carbon aerogels in different resorcinol-sodium carbonate molar ratio
sample
specific surface area/ (m2 ·g-1 )
(同济大学 波耳固体物理研究所,上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海 200092)
摘 要: 以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝 胶 工 艺,结 合 高 温 碳 化 和 溶 剂 替 换 常 压 干 燥 技 术 ,制 备 了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比 和 反 应 物 间 苯 二 酚 与 甲 醛 的 质 量 分 数 ,实 现 对 碳 气 凝 胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以透射电 镜、X 射 线 衍 射 谱 证 实 了 钯 元 素 以 纳 米 单 质 颗 粒 形 式 存在于碳气凝胶的骨架结构中。对掺杂碳气凝胶进行了活化工艺的后处理,成功提高了比表面积有2倍 之 多, 获得了比表面积为1 273m2/g的钯掺杂碳气凝胶。氢吸附性能研究结果表明:最优活化 工 艺 所 得 的 碳 气 凝 胶 样 品(3 212m2/g)在92K,3.5 MPa条件下的饱和储氢质量分数为3%,此样品在303K,3.2 MPa时的储氢质 量分数为0.84%。对钯掺杂碳气凝胶的常温(303K)氢 吸 附 测 试 表 明,掺 杂 后 碳 气 凝 胶 的 总 储 氢 质 量 分 数 下 降 了 ,但 单 位 比 表 面 积 的 储 氢 质 量 分 数 提 高 了 。 关 键 词 : 碳 气 凝 胶 ; 吸 附 储 氢 ; 气 体 吸 附 法 ; 气 体 活 化 ; 金 属 掺 杂 中 图 分 类 号 : O48 文 献 标 志 码 : A doi:10.3788/HPLPB20112306.1517
第6期
沈 军等:纳米多孔碳气凝胶的储氢性能
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Fig.1 TEM patterns of Pd-doped carbon aerogels 图1 钯掺杂碳气凝胶的 TEM 照片
峰,这是碳气 凝 胶 骨 架 中 石 墨 微 晶 的 峰 。 [4] 与 曲 线 a相
比,曲线 b 也出现了这两个峰,另外,在曲线 b 中 还 出 现
近年来,随着资源日益减少,能源短缺,环境污染日益严重,为了我国经济可持 续 发 展 的 战 略 国 策,寻 找 洁 净的新能源和可再生能源来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污 染、来 源 丰 富 等 优 点,越 来 越 受到人们的重视,被称为21世纪的理想能源。氢能是人类能够从自然界获取的、储 量 非 常 丰 富 而 且 高 效 的 含 能体能源,是21世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。要实现 氢 能 的 利 用,氢 的 储 运 是 目 前要解决的关键问题。新型纳米多 孔 碳 气 凝 胶 材 料,具 有 纳 米 级 孔 洞(1~100nm)丰 富、孔 洞 率 高 (>80%)、 比表面积大(400~3 200m2/g)、易成型、结构可控、易掺 杂 等 优 良 特 性,是 一 种 很 有 潜 力 和 竞 争 力 的 多 孔 吸 附 储氢材料。作为一种惯性约束聚变(ICF)研 究 的 重 要 靶 材 料,碳 气 凝 胶 用 于 低 温 吸 附 氘、氚 燃 料,作 为 多 层 靶 的填充材料用于激光等离子体相互作用的研究等 。 [1] 本文利用溶胶-凝胶技术,以 间 苯 二 酚、甲 醛 为 主 要 原 料, 通 过 常 压 干 燥 和 活 化 工 艺 ,制 备 了 高 比 表 面 积 纯 或 掺 钯 碳 气 凝 胶 ,进 行 了 结 构 表 征 并 研 究 了 其 吸 氢 行 为 。
2 结 果 与 讨 论
2.1 碳 气 凝 胶 的 微 结 构 控 制 多 孔 固 体 吸 附 储 氢 特 性 与 其 比 表 面 积、孔 径 分 布 等 微 结 构 参 数 有 密 切 关 系,比 表 面 积 越 大,微 孔(直 径 2 nm 以下)体积越高,氢分子可吸附的材料面积就越大,其储氢质量分数也越大。因此,本工作研究原料配 比 对 碳气凝胶微结构的控制作用。 物质的量比 R 代表着催化剂的用量,在 RF 有 机 凝 胶 形 成 时 的 溶 胶-凝 胶 反 应 过 程 中,对 凝 胶 的 微 结 构 起 着重要的控制作用。表1为质量分数相同(w=30%)、物质的量比 R 不 同 的 情 况 下,碳 气 凝 胶 的 微 结 构 参 数。 从表1可以看到微孔对比表面积的影 响 显 著,微 孔 体 积 增 加 有 助 于 提 高 比 表 面 积。 另 外,随 着 物 质 的 量 比 R 的增加,碳气凝胶的孔洞结构逐渐向微孔比率增加的方向变化。当物质的量比 R=1 800 时,微 孔 占 总 孔 比 率 达到了89%,此时碳气凝胶已接近为全微孔的多孔材料。其原因是物质的量比 R 逐渐增大造成样品的总孔体 积 减 少 ,而 微 孔 体 积 变 化 较 小 ,即 介 孔 (2~100nm)体 积 逐 渐 减 少 。 因此,通过控制物质的量比 R 可以 实 现 对 碳 气 凝 胶 孔 结 构 和 总 孔 体 积 的 有 效 控 制,同 时 保 持 其 比 表 面 积 稳 定 在 500~1 000 m2/g 的 范 围 内 。
第 23 卷 第 6 期 2011 年 6 月
强激光与粒子束
HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS
Vol.23,No.6 Jun.,2011
文 章 编 号 : 1001-4322(2011)06-1517-06
纳米多孔碳气凝胶的储氢性能*
沈 军 , 刘 念 平 , 欧 阳 玲 , 周 斌 , 吴 广 明 , 倪 星 元 , 张 志 华
* CA-200-30:R=200,w=30%
2.2 钯 掺 杂 碳 气 凝 胶 据文献报道[2],目前用于物理吸附储氢的材料都不能满足美国能源部的技术要求 ,解决这一矛盾的关 键 在 于材料的掺杂改性而不仅是结构优化。而金属掺杂物质能使氢分子分解为氢原子,从 而 使 得 更 多 的 氢 能 进 入 到材料的孔洞结构中,以提高材料的储氢能力 。 [3] 由于金属钯与氢有很强的亲和力,且对氢分子的分解具 有 催 化 作 用 ,因 此 ,本 实 验 选 择 钯 元 素 作 为 碳 气 凝 胶 的 掺 杂 元 素 。 2.2.1 钯掺杂碳气凝胶的 TEM 和 XRD 测试 图1所示为物质的量比 R′=50的钯掺杂碳气凝胶的 TEM 明场和暗场照片。由图 1 可看到,在碳气凝胶 的骨架结构中均匀分散着粒径约为20nm 的颗粒物。 为进一步确定掺杂物质在样品中的存在状态,对上述掺杂以及对应未掺杂样品进行了 XRD 测试分析,获 得的 XRD 图谱如图2所示。图中a为纯碳气凝胶样品,b为对应掺杂样品。曲线a在2θ=22°和44°有2 个宽
micropore volume/ (cm3·g-1)
0.283 0.278 0.328 0.248 0.244 0.239
(Vmic/Vtot)/ %
20 19 50 53 55 89
average pore diameter/nm
9.17 9.14 3.34 3.16 3.09 1.83
1 实 验
1.1 碳 气 凝 胶 的 制 备 将间苯二酚(R)和甲醛(F)以1∶2的物质的量比混合,加入去离子水(GB 6682—92,三 级 水)作 为 溶 剂 用 以调节反应物(R,F)的质量分数(w=30%~50%),加 入 碳 酸 钠 (C)作 为 催 化 剂,并 以 间 苯 二 酚 和 碳 酸 钠 的 物 质的量比 R 作为催化剂用量的度量。充分搅拌混合液15min,然后将混合液移至密闭容器内,在30 ℃下维持 1d,接着升温至50 ℃放置1d,然后至90 ℃放置3d,最后生成间苯二酚-甲醛(RF)有机湿凝胶。 将该湿凝胶 在丙酮中浸泡3d(温度50 ℃),且每24h更换1次丙酮,以将有机湿凝胶中的水替换完全。将替换 过 的 有 机 湿凝胶在常温常压下干燥3~4d,即得 RF 有机 气 凝 胶。 在 氮 气 保 护 下,将 RF 有 机 气 凝 胶 由 室 温 升 到 1 050 ℃ ,并 维 持 4h,使 有 机 气 凝 胶 均 匀 碳 化 为 碳 气 凝 胶 (CAs),最 后 再 降 至 室 温 。 1.2 碳 气 凝 胶 的 活 化 将制备好的碳气凝胶在一定速率持续通入 CO2 的 气 氛 下,缓 慢 升 温 至 设 定 的 活 化 温 度,然 后 在 预 设 的 活 化时间内维持此温度,使 CO2 与碳气凝胶进行活化反应。活化反应完成后,再以缓慢速率 降 温 到室 温,取 出活 化样品。在此活化过程中,活化温度、活化时间及 CO2 的通气速率是整个活化工艺的关键 参 数,对碳 气凝 胶 的 微结构控制至关重要。本工作通过对活化工艺的优化,获得的优化活化工艺是:活化温度为1 040 ℃,活化时