碳气凝胶

摘要： 生物质碳气凝胶是基于传统碳气凝胶衍生出碳气凝胶,它兼备传统气凝胶的理化性质,因此近年来颇受关注。本文简单阐述了生物质碳气凝胶的制备以及其性质;主要对不同类型的活化方式和其相应的最新应用研究进行综述,最后对其碳气凝胶的未来展望。

摘要： 作为一种轻质多孔材料,碳气凝胶是一类具有高孔隙率、低密度和优异环境稳定性的碳质多功能固体材料,这些独特性能的结合使得它们在柔性传感器、能源设备、声学设备和环境保护等领域得到广泛应用.然而,在现有多孔材料中普遍存在着机械鲁棒性和稀疏三维网络结构间的矛盾.良好的鲁棒性可以确保气凝胶在应用过程中的结构完整性和性能稳定性,而稀疏三维网络结构则是确保气凝胶材料轻质多孔的结构前提,这一矛盾是材料科学、固体力学和设计应用等诸多领域研究者面临的共同挑战.该文综述了常见的国内外超轻碳气凝胶的鲁棒性增强策略,包括细胞壁(cell wall)增强、细胞壁取向调控、细胞壁拓扑结构设计和结点强化(joint reinforcement).此外,该文总结了在不引入高分子弹性体的情况下实现超轻全碳气凝胶的拉伸弹性的设计原则,简要概述了高鲁棒性碳气凝胶的新应用,并对该领域尚待解决的问题提出了展望.

摘要： 电极材料是决定超级电容器性能的主要因素,因此,合成具备特定形貌、组成以及性能优异的电极材料是构建高性能超级电容器的关键。从酒糟中提取植物纤维素,再通过冷冻干燥和热碳化处理,制备具有乱层石墨结构的纤维素碳气凝胶功能材料,并将其应用于超级电容器。研究结果表明,最优碳化温度700°C下制备的纤维素碳气凝胶作为电极材料,在浓度为6 mol/L的KOH溶液和1 A/g的电流密度下,其比电容为183.5 F/g;而且该电极材料在20 A/g高电流密度下,仍保持90.0 F/g的比电容,展现出优异的倍率性能。交流阻抗拟合结果表明,CA-700组装的超级电容器界面传质电阻和扩散电阻分别为0.2829Ω和5.7210Ω;CA-700展现出较低的传质、扩散阻力和优异的电化学储能特性。

摘要： 以红薯为原料,通过冷冻干燥、碱活化的方式制备出具有高比表面积的生物质碳气凝胶。通过更改碳化温度与活化方式制备出形貌不同的红薯生物质碳气凝胶(SPCA)和活化红薯生物质碳气凝胶(ASPCA)。利用SEM、XRD、BET低温氮气吸附-脱附与Raman光谱,对制得的生物质碳气凝胶进行表征与分析。结果表明,随着碳化温度升高,所形成的孔洞增加,碱活化对ASPCA的孔洞形成具有极大的促进作用。所制得的生物质碳气凝胶具有良好的吸附性能,在去离子水中最佳吸附条件下,对罗丹明B(RdB)的吸附量为202.2 mg/g,对甲基橙(MO)的吸附量为83.6 mg/g,对茜素红(ARS)的吸附量为160.2 mg/g。

摘要： 碳气凝胶是一种具有低密度、大比表面积、丰富的孔隙结构、高导电性、化学稳定性、环境相容性、可调节的表面化学、以及可控结构等特点的三维多孔材料。这些性质使碳气凝胶具有良好的吸附性能,因此其被广泛应用于煤化工中各类污染物的处理。基于此,对碳气凝胶块体材料的构建及其在煤化工精细分离中的应用进行综述。首先,介绍了碳气凝胶的构建策略;其次,综述了碳气凝胶在煤化工精细分离中的应用进展,重点总结了其对煤基液体污染物、煤基固废中高值资源以及煤化工过程产生废气的脱除和回收。最后,给出目前碳气凝胶在煤化工精细分离应用中面临的问题,并对其未来发展方向进行展望。

摘要： 以天然纤维素为原料制备了碳气凝胶基电芬顿阴极材料Fe^(Ⅱ)/Fe^(Ⅲ)LDH-CCA。运用响应曲面法系统地研究了不同水平下的纤维素含量C_(cel)、碳化温度T_(c)以及催化剂生长浓度C_(cata)等因素对模拟废水中罗丹明B的去除率影响。采用Box-Behnken设计对各考察因素在可行范围内进行了评价。结果表明,建立的响应面二次模型可用于最优参数的预测。最佳工艺条件为纤维素含量C_(cel)5wt%,碳化温度T_(c)850°C,催化剂生长浓度C_(cata)25 mmol/L,对初始浓度30 mg/L的RhB去除率达到84.61%,复合碳气凝胶材料表现出良好的电芬顿性能。

摘要： 2022年6月9日,中国科学院金属研究所热结构复合材料团队采用高压辅助固化-常压干燥技术,通过基体微结构控制、纤维-基体协同收缩、原位界面反应制备出耐超高温隔热-承载一体化轻质碳基复合材料。碳气凝胶(CAs)因其优异的热稳定性和热绝缘性,有望成为新一代先进超高温轻质热防护系统设计的突破性解决方案。近年来,研究团队相继发展了溶胶凝胶-水相常压干燥、高压辅助固化-常压干燥2项CAs制备技术,设计了一种超低密度碳-有机混杂纤维增强体,赋予其优异的超弹性。该材料可实现高效、低成本制备,并具有低密度、低热导率和高压缩强度等性能。

摘要： 碳气凝胶的孔隙发达,具有良好的导电性和孔隙率,可作为环境友好型功能材料。海藻酸钠水凝胶是介于液体和固体间的三维网状结构亲水性聚合物,海藻酸钠和多价态金属阳离子可以交联最终制备金属离子掺杂的海藻酸钠基碳气凝胶。海藻酸钠基碳气凝胶在吸附、超级电容器等诸多领域取得较好的应用潜力,本文综述了海藻酸钠基碳气凝胶的最新研究,主要包括海藻酸钠基碳气凝胶的制备和诸多领域的应用。

摘要： 本研究以纤维素纳米纤丝(CNF)为碳骨架,氮含量高的类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))为氮源和造孔剂,成功制备了一种具有分级多孔结构的氮掺杂碳气凝胶(NCA)电催化剂。研究了NCA的物理化学结构与氧还原反应(ORR)活性之间的关系,以及其锌-空气电池性能。该NCA催化剂表现出较高的比表面积(381.77 m^(2)/g)、分级多孔结构,氮掺杂含量3.27%。ORR测试结果表明,NCA具有优异的ORR催化活性,半波电位可达0.83 V,接近商业铂碳(Pt/C)电催化剂。进一步将NCA作为阴极催化剂用于组装水系锌-空气电池,在电流密度为10 mA/cm^(2)下可以实现长达110 h的循环充放电,具有良好的电池使用性能。

摘要： 耐超高温轻质碳基复材制备成功近日,中国科学院金属研究所热结构复合材料团队采用高压辅助固化—常压干燥技术,通过基体微结构控制、纤维—基体协同收缩、原位界面反应制备出耐超高温隔热—承载一体化轻质碳基复合材料。碳气凝胶(CAs)因其优异的热稳定性和热绝缘性,有望成为新一代先进超高温轻质热防护系统设计的突破性解决方案。近年来,研究团队相继发展了溶胶凝胶—水相常压干燥、高压辅助固化—常压干燥2项CAs制备技术,设计了一种超低密度碳—有机混杂纤维增强体,赋予其优异的超弹性。该材料可实现高效、低成本制备,并具有低密度、低热导率和高压缩强度等性能。

摘要： 采用可再生资源的壳聚糖为原料,通过冷冻干燥和碳化过程制备纳米多孔碳气凝胶材料.以之为基底,通过水热合成以及热处理过程原位依次负载NiCo2O4纳米片和MnO2制备了具有独特纳米片状结构的MnO2/NiCo2O4/碳气凝胶复合超级电容器电极材料.借助于独特的纳米结构和纳米材料的协同效应,复合电极材料展示优异的电化学性能.电流密度0.5A/g时,比容量达到1104.0F/g,2000次循环后容量保持率为84.6％.利用其与活性碳材料组装出高能量密度的混合电容器,能量密度可达38.2Wh/kg.

摘要： 为了减少原油泄漏和有机溶剂对水资源的污染,将生物质直接转化为可用于污染源吸附的功能性材料具有重要的应用价值.基于水热处理和高温炭化制备了具有高吸附性能的碳气凝胶,对其物化特性及吸附性能进行了探讨.结果表明,本实验制备的碳气凝胶具有较强的疏水性(与水的接触角为127.0°),且密度仅为52.2～65.0mg/cm3,其吸附油及有机溶剂可达到自身质量的6～12倍,且通过蒸馏可实现有机污染物的回收.重复3次吸附/解吸循环后,碳气凝胶对氯仿的吸附能力仍能保持在98.9％(相对于初始吸附能力),表明制备的碳气凝胶具有较好的再循环使用能力.

摘要： 碳气凝胶作为一种新型纳米多孔材料,具有高比表面积、高中孔含量、高导电率、稳定的物理化学性能等优点,是制备双电层电容器电极的理想材料.本文以间苯二酚和甲醛为原料,碳酸钠为催化剂,通过溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备出具有三维多孔结构的碳气凝胶,并对其进行硝酸活化.通过循环伏安法、恒流充放电及循环性测试等考察材料的电化学性能.结果表明:在5mAm2电流密度和1.0V充放电电位条件下,经硝酸活化后,碳气凝胶的放电比容量达120F/g,1000次循环后比电容保持率在95％以上,表现出优越的充放电效率和良好的循环稳定性能.

摘要： 采用乙二醇还原法,以碳气凝胶为载体制备碳气凝胶载铂催化电极(Pt/CA/CP),并制成燃料电池单电池.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对碳气凝胶戴铂催化剂进行表征,铂颗粒均匀分散于碳气凝胶载体上,粒径集中为3-5nm.采用循环伏安法(CV)对碳气凝胶载铂催化电极进行电化学性能评价,碳气凝胶载铂催化电极具有较高的催化剂利用率,采用燃料电池测试系统对单电池进行性能评价,碳气凝胶载铂催化电极单电池工作电压可大于0.9V,电流密度接近1A/cm2.

摘要： 碳气凝胶是一种具有三维纳米网络结构的轻质多孔碳材料。本研究通过改进凝胶制备工艺，制备密度更低的块状RF气凝胶和碳气凝胶；并通过多种表征手段研究低密度碳气凝胶的结构、性能。这可以为深入研究有机RF气凝胶和碳气凝胶的反应、生长机制提供有力证据；同时，此研究也有利于进一步改进制备工艺，更好地控制气凝胶的结构和性能。

摘要： 以间苯二酚和甲醛为原料,碳酸钠为催化剂制备了碳气凝胶(CAs),考察了浓硝酸处理时间对碳气凝胶结构及其负载PtRu催化剂甲醇电氧化催化性能的影响。采用X射线衍射技术(XRD)、傅立叶红外(FT-IR)、热重分析(TG)、X射线衍射技术(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对CAs和催化剂进行了表征。结果表明,经硝酸氧化处理后碳气凝胶表面含氧浓度增大;用经硝酸处理后的碳气凝胶为栽体制备的PtRu/CAs催化剂结晶状态良好,金属颗粒分散均匀。采用循环伏安法(CV)测试了催化剂对甲醇电氧化反应的催化活性,结果表明,以浓硝酸氧化处理2 h的碳气凝胶为载体制备的PtRu/CAs催化剂具有最佳的甲醇氧化催化活性。

摘要： 超级电容器，又称电化学电容器是一种介于蓄电池和传统介电质电容器之间的新型储能元件。它具有高的功率密度和能量密度、充电速度快、使用寿命长、使用温度范围广、低温性能优越等优点。因此其作为后备电源、主电源、驱动电源等有着广泛的应用前景。本文以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料，碳酸钠(C)为催化剂，采用超临界流体干燥技术制备了比表面积达800m2/g的碳气凝胶粉末，并以MnSO4和KBrO3为原料，采用水热法制备MnO2/CRF复合材料。用N2吸附、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对所制备的MnO2、CRF和MnO2/CRF复合材料进行了表征。

摘要： 近年来，超級电容器作一种新型储能装置具有高放电比功率、优异的瞬时充放电性能、长的循环寿命等优点，可作为无污染的小型后备电源用于多种电器设备，引起了广泛的关注。碳气凝胶作为一种新型的多孔炭材料，具有高比表面积，高导电率，珍珠串式的结构等特点，是超级电容器的理想电极材料，但是其只具有双电层电容，其比电容比具有“准法拉第电容”的金属氧化物和导电聚合物低。本文制备了聚吡咯/碳气凝胶复合材料，并对其进行了电化学性能研究。

摘要： 以间苯二酚和甲醛为源,碳酸钠作催化剂,采用溶胶-凝胶技术和原位成型工艺制得有机气凝胶微柱、薄片。经常压下丙酮替换和后续精确温控的高温碳化工艺制备相应的微尺寸碳气凝胶。研究表明,通过控制前期反应参数,可实现碳气凝胶密度在300～1 000 mg/cm3可控、比表面积高达1 521 m2/g、具有不同内部微观结构和良好的低温力学稳定性能。所制备的微尺寸碳气凝胶是一种优秀的惯性约束聚变实验用多孔泡沫材料。

摘要： 本文采用乙腈为溶剂，间苯二酚和甲醛为原料，0.5mol/L的盐酸为催化剂的反应体系，采用溶胶-凝胶方法，并通过超临界干燥和1050度的高温碳化，成功的制备出了结构完好的CRF气凝胶。同时控制溶液的质量分数( W％)和间苯二酚与盐酸的摩尔比(RC)，制备了的密度在53mg/cm3-994mg/cm3，范围内可控的CRF气凝胶。采用扫描电子显微镜〔SEM )，比表面积与孔径分布仪(BET)，动态热机械分析仪(DMA)对碳气凝胶的微观结构、孔径分布和低温下的力学特性进行了表征和分析。

摘要： 本发明涉及碳气凝胶薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)配制包含酚醛前驱体和氧化石墨烯的前驱体溶液并加热，得到粘度为20～40mpa·s的酚醛体系微溶胶；(2)对所述酚醛体系微溶胶进行涂膜处理，得到微溶胶薄膜；(3)对所述微溶胶薄膜依次经溶胶‑凝胶反应、溶剂置换、超临界干燥，得到酚醛气凝胶薄膜；(4)对所述酚醛气凝胶薄膜碳化，得到碳气凝胶薄膜。采用本发明制备方法制得的碳气凝胶薄膜厚度小，力学性能好，可作为膜材料使用。

摘要： 一种碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将木质素粉末溶于碱液中，超声分散，再向碱液中加入水溶性高分子形成凝胶；(2)向步骤(1)中得到的凝胶中加入铁酸盐，并超声分散，再经冷冻干燥处理获得碳气凝胶前驱体；(3)将步骤(2)中得到的碳气凝胶前驱体经高温碳化、酸洗、抽滤、干燥后得到碳气凝胶。本发明制备得到的碳气凝胶的比表面积大，介孔容量高，电导率也很高。

摘要： 一种碳气凝胶材料的制备方法，它是将生物质甜瓜、西瓜瓤或丝瓜络切割后放置在水热反应釜中，在密闭条件下在均相反应器中180°C水热反应12小时，反应结束后逐渐冷却至室温，然后洗涤，洗涤后的碳水凝胶放入60°C烘箱内放置1小时，包裹一层锡箔纸，放入77K液氮罐中彻底冷冻干燥，将得到的固体产物放入25°C的真空干燥箱内12小时，缓慢抽出固态水分，得到碳气凝胶材料。本发明的碳气凝胶材料具有高的比表面积、高机械强度，以及超低的本体密度。

摘要： 本发明提供了一种调控碳气凝胶孔道取向的方法和碳气凝胶及应用。以丝状真菌为组装骨架，将分散在水溶液中的间苯二胺添加于丝状真菌混合液内，经振荡搅拌，添加过硫酸铵使间苯二胺聚合得到菌丝‑聚间苯二胺复合物，之后在冷场中冷冻成型，再通过冷冻干燥脱模，最后在惰性气氛下高温热解成碳气凝胶。本发明通过对碳气凝胶通道取向的控制，降低溶液在材料内部的传质阻力，能显著增强碳气凝胶的电吸附容量。

摘要： 本发明公开具有超弹超轻和高压缩性纳米纤维素/芳纶纳米纤维碳气凝胶的制备方法及碳气凝胶和应用，属于弹性材料技术领域。本发明通过调控纳米纤维素/芳纶纳米纤维混合分散液浓度、楔形梯台倾角进而控制气凝胶微观结构，经过双向冷冻、冷冻干燥和碳化得到密度超低、高压缩、高回弹的碳气凝胶。应用于压力传感器时，灵敏度高、传感范围大，不仅对人体脉搏、声带发声等微小震动有强烈的响应，同时还对关节运动等较大的肢体运动有稳定的响应，在压力的实时监测中表现出良好的响应，极具应用潜力。

摘要： 本发明公开了一种碳气凝胶的低成本制备工艺。本发明的技术方案是：一种碳气凝胶的低成本制备工艺，包括以下步骤，a、将淀粉和常温去离子水混合均匀再将混合液加入到100°C的去离子水中，搅拌均匀直至全部成为半透明状；b、将步骤a得到的半透明状液体放在常温下老化、加入丙酮置换、加入二氯甲烷置换后进行疏水处理；c、对步骤b中的液体干燥得到固体淀粉碳凝胶，在管式炉中通入N2并逐步升温使淀粉气凝胶发生分解碳化得到碳气凝胶，然后冷却；d、继续通入CO2并升温活化，得到黑色多孔状的碳气凝胶。本发明提供的方案成本低、工艺简单能够得到超轻碳气凝胶。

摘要： 一种碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将木质素粉末溶于碱液中，超声分散，再向碱液中加入水溶性高分子形成凝胶；(2)向步骤(1)中得到的凝胶中加入铁酸盐，并超声分散，再经冷冻干燥处理获得碳气凝胶前驱体；(3)将步骤(2)中得到的碳气凝胶前驱体经高温碳化、酸洗、抽滤、干燥后得到碳气凝胶。本发明制备得到的碳气凝胶的比表面积大，介孔容量高，电导率也很高。

摘要： 本发明涉及碳气凝胶薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)配制包含酚醛前驱体和氧化石墨烯的前驱体溶液并加热，得到粘度为20～40mpa·s的酚醛体系微溶胶；(2)对所述酚醛体系微溶胶进行涂膜处理，得到微溶胶薄膜；(3)对所述微溶胶薄膜依次经溶胶‑凝胶反应、溶剂置换、超临界干燥，得到酚醛气凝胶薄膜；(4)对所述酚醛气凝胶薄膜碳化，得到碳气凝胶薄膜。采用本发明制备方法制得的碳气凝胶薄膜厚度小，力学性能好，可作为膜材料使用。

摘要： 一种碳气凝胶材料的制备方法，它是将生物质甜瓜、西瓜瓤或丝瓜络切割后放置在水热反应釜中，在密闭条件下在均相反应器中180°C水热反应12小时，反应结束后逐渐冷却至室温，然后洗涤，洗涤后的碳水凝胶放入60°C烘箱内放置1小时，包裹一层锡箔纸，放入77K液氮罐中彻底冷冻干燥，将得到的固体产物放入25°C的真空干燥箱内12小时，缓慢抽出固态水分，得到碳气凝胶材料。本发明的碳气凝胶材料具有高的比表面积、高机械强度，以及超低的本体密度。

摘要： 本发明公开了一种基于聚合物气凝胶的多功能高孔隙高热导碳气凝胶及其制备方法，其设计了一种事先设计的聚氨酯‑聚乙烯醇空间结构网络，进而转化为聚合物气凝胶，通过在气凝胶结构中嵌入改性二氧化硅模板并在碳化后进行除硅处理获得了可调的接触角，使气凝胶表面可在超亲水到高疏水亲油之间转换。空间网络结构转化成的优秀3D碳网络结构为气凝胶带来了极佳的导热性能，可达到0.4 W/(m·K)。优秀的性能及可操控性使本发明的气凝胶在导热、催化、吸油、吸水、储能、电磁屏蔽等领域获得可能的应用空间。