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近期碳纳米材料大事件
2019年11月25日 发布 分类:行业要闻 点击量:1614
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事件一:深圳先进院研发出高氮掺杂的多孔微晶碳钾电负极材料

极速5分快三科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队联合香港城市大学教授李振声成功研发出高氮掺杂的多孔微晶碳纳米材料,其作为钾离子电池负极表现出高容量和长循环特性。

由于钾储量丰富、与锂接近的标准氢电极电势等特性,使得钾基储能器件在规模化储能领域具有良好的应用前景。然而,由于钾离子的离子半径较大,不仅阻碍了其在电极材料中的嵌入或脱出,动力学缓慢,还会导致电极材料发生较大的体积变化,使得循环稳定性较差。因此,亟待开发针对于钾离子存储的高效低成本电极活性材料。

基于上述考虑,唐永炳及其团队成员常兴奇、周小龙、欧学武等人成功研发出高氮掺杂的多孔微晶碳纳米材料,其多孔结构有利于钾离子的快速扩散,而含有大量微晶碳纳米片有利于钾离子的插层与吸附。研究表明:这种高氮掺杂微晶碳纳米材料的电化学反应为扩散反应与赝电容反应协同作用机理,其作为钾电负极具有410mA·h/g的高容量,并且在5A/g的大电流密度下可逆循环3000次后的容量保持率约为70%。该工作为设计高性能钾电负极材料提供了新策略。

高氮掺杂微晶碳的结构及储钾性能:(a)SEM形貌表征(b)TEM显微结构

c)XPS成分分析(d)低电流密度下的电池容量(e)5A/g大电流下的长循环性能

事件二:我国学者首次合成螺旋手性碳纳米管片段

极速5分快三科学技术大学平武教授课题组首次合成了螺旋手性碳纳米管片段,并对其强圆偏振发光(CPL)性质进行了深入研究。该成果日前发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》上。

由于其突出的机械、电学以及光学性质, 碳纳米管材料在纳米科技和电子学领域中扮演着非常重要的角色。然而,传统的制备方法难以控制碳纳米管的生长,只能得到金属纳米管和半导体纳米管的随机混合物。利用有机化学自下而上的合成方法是制备高纯度碳纳米管的理想策略之一。管状非平面共轭大环化合物因其大的π体系、确定的尺寸和形状而受到越来越多的关注。由于不存在链端效应且具有高的对称性和应变能,π共轭大环化合物表现出卓越的光电学性能,在有机光电领域的应用方面显示出巨大的潜力。特别是具有大的不对称因子和高PL量子产率的手性共轭大环化合物,是手性光学应用的理想选择。但迄今为止,合成具有特定尺寸和直径的全π共轭手性纳米管片段仍然是一个巨大的挑战。

科研人员基于前期在碳纳米管新结构合成和光物理性质方面的系列工作,巧妙地利用蒽作为多环芳烃构筑单元,首次合成了螺旋手性碳纳米管片段;随后通过紫外可见、荧光、核磁共振、圆二色性和CPL光谱,结合理论计算研究了其光物理性质。与平面蒽单体相比,该手性π共轭大环在吸收光谱和发射光谱中均显示出显著的红移,并且显示出极强的圆偏振发光,比目前报道的最好的CPL活性材料提高了100倍以上。

这一成果实现了新型螺旋手性管状共轭材料合成,并为设计制备高CPL活性材料和利用其做模板制备单一手性碳纳米管提供了新思路。

事件三:原位碳纳米管/铝酸钙水泥(CNTs/CAC)开发成功

含碳浇注料在施工与应用过程中存在的主要问题为:石墨水润湿性差、不易分散且易于氧化,导致浇注料抗渣侵蚀性与抗热震性变差。为了改善所存在的问题,相关机构开发出了一种新型水泥结合剂——原位碳纳米管/铝酸钙水泥(CNTs/CAC)

CNTs/CAC水泥呈黑色粉末状,烧失后具有与Secar71相近的相组成,其烧失后物相含量为:CA 57.46% ~ 61.96%、CA2 38.04%~42.54%;同时随着催化剂含量的增加,水泥中碳含量逐渐提高(≥20%)且碳的结晶度增加。

CNTs/CAC水泥中铝酸钙相生长完整,小颗粒团聚组成为40μm~60μm的颗粒。碳存在于铝酸钙的晶粒之间,为纳米线网状结构。根据HRTEM(高分辨率透射电镜)分析,该水泥生成竹节状多壁碳纳米管,管壁层数较多,长径比较大;碳纳米管管壁厚度约为10 nm,晶面条纹间距为0.342 nm,为碳的(002)晶面。

对比研究证实,CNTs/CAC的水分散性明显优于Secar71+20%炭黑机械混合试样,且碳纳米管与水泥结合较好。以CNTs/CAC为结合剂和碳源部分代替球形沥青,并保持相同的碳含量,制备Al2O3-SiC-C质浇注料。CNTs/CAC与Secar71结合的浇注料经1100 ℃和1450 ℃ 3 h烧后的常温抗折与耐压强度均处于同一水平。CNTs/CAC结合浇注料中的碳材料的抗氧化性明显优于Secar71水泥结合的试样。

CNTs/CAC水泥中碳的水润湿性较好,与铝酸钙结合也更为紧密,这提高了碳材料的分散性;其结合的Al2O3-SiC-C耐火浇注料的抗氧化性突出,力学性能稳定,说明可作为一种成熟的含碳浇注料结合剂。

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