浙大：皮皮虾壳为原料制备分层多孔碳材料，用于对称超级电容器

成果简介

本文，浙江大学王树荣教授团队在《ChemElectroChem》期刊 发表名为“Preparation of Nitrogen and Sulfur Co-doped and Interconnected Hierarchical Porous Biochar by Pyrolysis of Mantis Shrimp in CO2 Atmosphere for Symmetric Supercapacitors”的论文， 研究以螳螂虾壳为原料，CO2为活化剂，通过一步热解活化制备多种N、O、S自掺杂生物质碳材料（MSCs）。

通过控制热解温度来调节碳材料的物理和化学性质。在这项研究中，MSCs 材料的最大比表面积 (SSA) 和孔体积分别为484.5 m 2  g -1和0.291cm 3  g -1在 700 C 时达到。此外，在表征试验中发现，氮和硫等杂原子已成功引入碳微观结构中。 MSC-750含有高达9.46%的N和0.52%的S ，虽然SSA只有431.6m2g-1 时，6MKOH对称超级电容器在1Ag-1下的比电容在所有样品中达到最大值 144.2Fg -1，这是由于其高含量的杂原子官能团产生的赝电容。

图文导读

图1、(a)–(d) 分别为样品 MSC-600、650、700 和 750 的 SEM 图像；(e) 和 (f) MSC-700 和 MSC-750 在高倍率下的形态学图像。

图2、(a)–(b) MSC-750的TEM图像；(c)–(i) MSC-750选定区域的TEM-EDS图像。

图3、(a) MSCs的拉曼光谱和 (b)XRD图。

图4、MSC的电化学性能

图5、(a) 奈奎斯特曲线；(b) 比电容的虚部（C“，vs 频率）；(c)-(f) 两个串联的硬币型超级电容器分别用于点亮白色和红色 LED。

小结

通过二氧化碳一步热解活化螳螂虾壳制备多元素共掺杂多孔生物质活性炭材料，并将其应用于对称超级电容器。这些结果表明MSC-750是一种很有前景的超级电容器电极材料，为水产品的高附加值加工利用开辟了新途径。

文献：

https://doi.org/10.1002/celc.202101151

制备多孔碳材料过程中影响其性能的因素：本文采用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、激光拉曼光谱（LRS）、X射线衍射（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）以及力学性能测试等技术，考察了不同制备工艺对碳纤维结构及性能的影响。

界面对碳纤维复合材料性能的发挥起着非常重要的作用，复合材料通过界面传递载荷，可以使碳纤维与基体形成一个有效发挥综合性能的整体。在界面的研究中，提高其结合强度是改善碳纤维复合材料力学性能的关键。

内容简介

结合编著者多年在此领域的研究经验、技术积累以及国内外的最新进展，就活性炭，介孔炭，炭分子筛，球形活性炭，核壳结构纳米炭，三维有序大孔炭,以及活性炭纤维的制备、性能、微观结构调控、吸附理论以及其在能源、环境等领域的应用进行了较详细的论述，同时对活性炭纤维与高级氧化技术协同作用和炭基吸附材料的应用前景进行了论述。

问题一：多孔碳材料与介孔碳材料有什么不同 根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径小于2纳米的称为微孔；孔径大于50纳米的称为大孔；孔径在2到50纳米之间的称为介孔.介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料。有序介孔材料是指孔管道的排列规整有规律的介孔材料。

问题二：纳米碳材料的纳米多孔碳 分类：微孔材料50 nm优点：高比表面积、高热导率、高电导率、高稳定性、高化学惰性、低密度等应用前景：气体吸附、水净化催化载体、电化学双层电容器、电极材料、生物传感器和太阳能电池等环境治理：气体和水净化的关键材料多孔碳的应用电化学双层电容器、催化载体、有机生物分子吸附载体、高灵敏生物传感器电极、太阳能电池

问题三：求助纳米二氧化硅如何制备多孔碳材料 求助纳米二氧化硅如何制备多孔碳材料

用二氧化硅作为硬模板，用酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖、果糖等作为碳源进行炭化，可以制备无序多孔或有序介孔碳材料。

问题四：多孔碳材料对有机污染物的吸附作用力有哪些 不可以 活性炭碳是一种含碳材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达,比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料,是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体.活性炭按原料来源可分为：木质活性炭、果壳活性炭、兽骨/血活性炭、矿物原料活性炭、合成树脂活性炭、橡胶/塑料活性炭、再生活性炭等；活性炭按外观形态可分为：粉状、颗粒状、不规则颗粒状、圆柱形、球形和纤维状等. 炭的应用极其广泛,其用途几乎涉及所有的国民经济部门和人们日常生活,如水质净化、黄金提取、糖液脱色、药品针剂提炼、血液净化、空气净化、人体安全防护等. 根据活性炭的吸附特点,活性炭主要用于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体, 活性碳的效率需视很多的因素而定,水族箱的设缸时间越短,活性炭更换次数就需越频繁(约一个月一次),设缸时间越久的水族箱,活性炭在水族箱中的有效时间就越久(约四个月以上). 活性炭最好是放在网袋中然后再将它系紧固定.装满活性炭的袋子可以放在外部的过滤器中,或放在滴流式过滤器的水槽中.必要时,可以强迫全部的水流通过活性炭,但在某种情况下这会增加过滤器运转的阻力并减低其效用.然而因为活性炭的作用非常的慢,所以建议采用部分的水流通过活性炭过滤器即可,这样不会影响到过滤器的抵抗性.这个方法的好处在于好氧性与厌氧性细菌可以同时生长在过滤器中,好氧性细菌可行氧化分解作用,而厌氧性细菌会在活性炭的无氧地带,将硝酸盐分解成氮气.因此活性炭过滤材料会随着时间,由化学的过滤性质转变为生物的过滤性质. 此外,活性炭过滤材料在水族箱中还有另一种作用.即在使用臭氧机时,必须先将含有臭氧的水流,经过活性炭过滤一遍,以确定过滤过的水没有任何臭氧存在. 另外,由于活性炭可以吸附水中游离的氯,酚,硫,油和其它不利于鱼儿生存的有机污染物,还能净化水质祛除异味,异色. 鉴于活性炭的这些作用,所以建议还是在鱼缸中长期放置并定期更换.有利而无害.但是如果需要在缸中下药治疗鱼病时,由于活性炭有吸附的作用,所以要将活性炭取出,到治疗结束后,换水并放置活性炭

问题五：什么是多孔纳米材料 纳米多孔材料（Nanoporous materials)包含有机和无机的纳米多孔材料。孔的大小一般为100纳米或更小。大多纳米材料可分为大块材料和薄膜。活性炭和沸石是大块纳米多孔材料的二个例；细胞膜可想象为纳米多孔膜。

有许多自然的纳米多孔材料，但人工也可制造。一种方法是把不同溶点的高分子材料结合，升温使高分子材料降解。一种具有一致大小孔径的纳米多孔材料的性质是只允许某种物质通过，而档住其它物质。

细分：按照IUPAC,纳米多孔材料可细分为三类；

1.微孔材料；0.2-2nm

2.介孔材料；2-5nm

3.大孔材料；50-1000nm

问题六：下列说法不正确的是（）A．多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料B．pH计不能用于酸碱中和滴定终点的判 A、多孔碳是碳单质，是一种具有不同孔结构的碳素材料．作为一种新材料，具有耐高温、耐酸碱、导电、传热、优良的吸附性能、良好的化学稳定性和使用后容易再生等优点．如活性炭、活性炭纤维、碳分子筛等都属于多孔碳．多孔碳①具有很强的吸附能力和表面积，可吸附氢气和氧气，提供气体反应（发生电子转移）的场所，同时具有较大的表面积，可增大接触面积，提高反应速率；②有催化作用；所以可用作氢氧燃料电池的电极材料，故A正确；B、在酸碱中和滴定过程中，滴定终点判断的主要依据是溶液的pH值变化，测量溶液pH可以用pH试纸、pH计、酸碱指示剂．pH计是一种精确测量溶液pH的仪器，精确度高，测量时可以从仪器上直接读出溶液的pH，所以，可以在酸碱中和滴定过程中用来确定和判断滴定终点，故B错误； C、从中学化学的视角来看，在元素周期表中，砷排在磷下方，两者属于同族，化学性质相似．所以应该说，完全有可能在普通的DNA骨架中砷元素可以取代磷元素，故C正确；D、绿色化学的核心内容之一是“原子经济性”，即充分利用反应物中的各个原子，因而既能充分利用资源，又能防止污染．绿色化学的核心内容之二是有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求．甲基环氧乙烷与二氧化碳在一定条件下反应生成聚碳酸酯，原子利用率达到100%，生成的聚碳酸酯易降解生成无毒无害物质，所以此反应符合绿色化学原则，故D正确；故选B．

问题七：低温下处理的碳具有多孔结构，锂离子可以在材料表面的微孔中聚集，形 A、“碳海绵”具有多孔结构，对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状，可知“碳海绵”具有吸附性，可重复使用，故选项说法正确． B、“碳海绵”对石油有很强的吸附能力（不吸水），可处理海上石油泄漏，故选项说法正确． C、“碳海绵”具有还原性，在高温下能还原氧化铜，故选项说法正确． D、“碳海绵”在氧气中完全燃烧的产物是CO2，故选项说法错误．故选：D．

问题八：求助多孔碳电极材料循环伏安测试 我的三电极体系也是自己组装的，但是具体用什么材料我好似搞错了，还请指点，工作电极用什么材料连接，还有哪里有聚四氟乙烯的？

问题九：世界上最轻材料“碳海绵”的主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质），具备高弹性和疏松多孔的结构 A、“碳海绵”的主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质），常温下化学性质活泼，故选项说法错误．B、“碳海绵”的主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质），具有可燃性，可燃烧，故选项说法正确．C、“碳海绵”具有具备高弹性和疏松多孔的结构，对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状，可知“碳海绵”具有吸附性，可重复使用，故选项说法正确．D、“碳海绵”对石油有很强的吸附能力（不吸水），可处理海上石油泄漏，故选项说法正确．故选：A．

问题十：制备多孔碳超级电容器时，电解液加多了会怎么样 制备多孔碳超级电容器时，电解液加多了会怎么样

本发明公开了一种用于高电压超级电容器的电解液及其制备方法，属于超级电容器技术领域。电解液由传统电解液与碳纳米材料组成，碳纳米材料的质量分数为0.01%-1%；传统电解液选自有机电解液或离子液体，碳纳米材料为碳纳米管、纳米石墨和纳米碳颗粒中的一种或多种。电解液的制备方法为：在含氧量为0.1-1??PPM、含水量为0.1-1??PPM的环境中，将碳纳米材料在20-60℃、功率为30-3000W的条件下超声2-50小时或以300-40000转/分的转速搅拌2-50小时，使之分散在传统电解液中。本发明提供的电解液的导电率为传统电解液的1.3-2倍

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