炭气凝胶的常压制备及其超级电容器行为

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二氧化碳活化法制备高比表面积碳气凝胶

二氧化碳活化法制备高比表面积碳气凝胶1. 研究背景碳气凝胶是一种具有极高比表面积和孔隙结构的新型材料，具有广泛的应用前景，如催化剂、电容器、吸附剂等。

传统制备碳气凝胶的方法通常涉及昂贵的前驱体和复杂的工艺步骤。

而二氧化碳活化法是一种较为简单且经济高效的制备碳气凝胶的方法。

2. 制备原理二氧化碳活化法通过在适当条件下将富含碳源的原料与二氧化碳进行反应，实现对原料中部分或全部含碳物质的活化转化。

这种方法利用了二氧化碳具有较强活性和可调控性的特点，能够促进原料中的无定形碳转变为高比表面积、多孔结构的碳材料。

3. 实验步骤步骤一：原料准备选择合适的富含碳源的原料作为实验材料，如植物纤维、废弃物等。

将原料进行干燥和粉碎处理，以提高反应效果。

步骤二：反应装置搭建搭建二氧化碳活化反应装置，包括加热系统、冷却系统、压力调节系统等。

确保反应过程中的温度、压力和流量等参数的可控性和稳定性。

步骤三：活化反应将准备好的原料放入反应装置中，并通过适当的加热和压力调节控制条件，使二氧化碳与原料发生活化反应。

根据实验需要，可以调节反应时间和温度等参数。

步骤四：材料处理将经过活化反应后得到的样品进行处理，如洗涤、干燥等。

这一步旨在去除残留物质，并使样品达到理想的形态和性能。

步骤五：表征分析使用适当的表征手段对制备得到的高比表面积碳气凝胶样品进行分析，如扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测定(BET)、X射线衍射(XRD)等。

通过这些手段可以了解样品的形貌特征、孔隙结构和晶体结构等。

步骤六：性能测试对制备得到的高比表面积碳气凝胶样品进行性能测试，如吸附性能、电化学性能等。

这些测试可以评价样品在吸附、催化等方面的应用潜力。

4. 实验条件实验条件是制备高比表面积碳气凝胶的关键因素之一。

在实验中，需要控制以下几个条件：•温度：根据原料特性和反应需求，确定适当的反应温度范围。

•压力：调节二氧化碳供应压力以实现活化反应。

•反应时间：根据实验需要和原料特性，确定适当的反应时间。

碳气凝胶的制备

碳气凝胶的制备碳气凝胶是一种具有高比表面积、孔径分布均匀、化学稳定性好等特点的新型多孔材料，因其独特的物理化学性质在电化学储能、气体吸附、催化剂载体等领域得到广泛应用。

本文将从碳气凝胶的制备方法、影响因素以及应用领域三个方面进行详细介绍。

一、碳气凝胶的制备方法碳气凝胶的制备方法主要包括溶胶-凝胶法和超临界干燥法两种。

1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将有机物或无机物溶解在适当的溶剂中，形成均质混合液后，通过水解和缩聚反应形成凝胶，再通过热处理或炭化得到碳气凝胶的方法。

常用的有机物包括甲醛、聚乙二醇等，无机物包括硅酸乙酯等。

2. 超临界干燥法超临界干燥法是将前驱体在超临界状态下进行处理，形成碳气凝胶的方法。

该方法具有制备时间短、无需热处理等优点。

常用的前驱体包括聚苯乙烯、聚苯硫醚等。

二、影响碳气凝胶制备的因素1. 前驱体种类和浓度不同前驱体对碳气凝胶的孔径大小和比表面积有不同的影响，同时浓度也会影响孔径大小和分布。

2. 水解剂和缩聚剂水解剂和缩聚剂对凝胶形成速率、孔径大小和分布都有很大影响。

3. 热处理条件热处理温度、时间和气氛对碳气凝胶的孔径大小、比表面积、电化学性能等都有很大影响。

三、碳气凝胶的应用领域1. 电化学储能领域由于碳气凝胶具有高比表面积和良好导电性，因此可以作为超级电容器电极材料，用于储能。

2. 气体吸附领域由于碳气凝胶具有多孔结构，因此可以作为吸附材料，用于气体分离和储存。

3. 催化剂载体领域由于碳气凝胶具有高比表面积和孔径大小可调的特点，因此可以作为催化剂载体，用于催化反应。

总之，碳气凝胶作为一种新型多孔材料，在电化学储能、气体吸附、催化剂载体等领域具有广泛的应用前景。

其制备方法和影响因素的研究也将为其应用提供更好的基础。

超级电容器的分类

超级电容器的分类（资料来源：中国联保网）按原理超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。

按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。

2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。

3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。

4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。

以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。

2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。

赝电容型超级电容器包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAn i、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。

这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。

按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质1.酸性电解质，多采用36%的H2SO4水溶液作为电解质。

2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。

3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。

有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。

碳气凝胶的制备

碳气凝胶的制备碳气凝胶是一种新型多孔材料，具有极高的比表面积和孔容，被广泛应用于能源存储、催化剂、气体分离、吸附等领域。

其制备方法主要有溶胶凝胶法、超临界干燥法、热解法等，本文将重点介绍溶胶凝胶法制备碳气凝胶的过程和特点。

1. 溶胶凝胶法制备碳气凝胶溶胶凝胶法是制备碳气凝胶的主要方法之一，其主要步骤包括溶胶制备、凝胶形成、干燥和热解等。

（1）溶胶制备：将某种碳源（如葡萄糖、甘油等）、催化剂（如盐酸、硝酸等）和溶剂（如水、乙醇等）混合搅拌，制备成均匀的溶胶。

（2）凝胶形成：将制备好的溶胶置于特定的温度和湿度条件下，经过一定时间的凝胶化，形成凝胶。

（3）干燥：将凝胶置于真空或氮气中进行干燥，使其失去水分，得到干凝胶。

（4）热解：将干凝胶在特定的温度下进行热解处理，去除其中的有机成分，得到碳气凝胶。

2. 溶胶凝胶法制备碳气凝胶的特点（1）孔径可调：通过调节溶胶的配比、凝胶化条件和热解温度等参数，可以控制碳气凝胶的孔径大小和孔隙分布，实现孔径可调。

（2）比表面积高：由于碳气凝胶具有多孔结构，其比表面积非常高，可以达到几百到几千平方米每克，有利于吸附和催化等应用。

（3）化学稳定性好：碳气凝胶具有良好的化学稳定性，不易受到氧化、水解等化学反应的影响。

（4）制备成本低：溶胶凝胶法制备碳气凝胶的原材料成本相对较低，制备过程简单，易于规模化生产。

3. 碳气凝胶的应用碳气凝胶具有广泛的应用前景，主要应用于以下领域：（1）能源存储：碳气凝胶具有高比表面积和良好的导电性能，可以作为超级电容器、锂离子电池等能源存储材料。

（2）催化剂：碳气凝胶可以作为载体，将催化剂负载其中，提高催化剂的分散度和活性，应用于化学反应和环境治理等领域。

（3）气体分离：由于碳气凝胶具有良好的孔径可控性和高比表面积，可以作为气体分离的分子筛材料。

（4）吸附：碳气凝胶具有高比表面积和孔容，可以作为吸附材料，应用于废气治理、水处理等领域。

碳气凝胶是一种非常有前途的多孔材料，其制备方法和应用研究仍在不断深入和拓展，相信未来将有更多的领域能够受益于它的应用。

气凝胶的制备与应用研究

气凝胶的制备与应用研究气凝胶是一种轻质多孔的新型材料，具有优异的热、声、光和电学性能，被广泛应用于能源、环保、航空航天、生物医药等领域。

本文将介绍气凝胶的制备方法和应用研究进展。

一、气凝胶的制备方法气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法和气相沉积法等。

其中，超临界干燥法是目前应用最广泛的制备方法，因其制备过程简单，可用于各种类型的物质，且制得的气凝胶密度低、孔径可控，具有良好的热稳定性和化学稳定性。

以下将对这四种方法分别进行介绍：1. 超临界干燥法超临界干燥法是指在高压高温下将液态物质变为气态，通过减压降温使物质从气态转变为凝胶状态，最终得到气凝胶。

该方法可用于制备化学性质稳定的无机气凝胶和多种有机气凝胶。

超临界干燥法的优点在于：可以改变超临界条件（压力、温度）来控制孔隙结构，得到可调控的孔径和孔隙大小的气凝胶。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指将物质分散在溶液中形成胶体，通过蒸发、热处理或光聚合等方式使其自组装形成凝胶状态，再通过干燥处理形成气凝胶。

该方法制备的气凝胶可用于吸附剂、分离材料、催化剂和光学传感器等领域。

3. 冷冻干燥法冷冻干燥法是指将物质的溶液冷冻成凝胶状态，再通过蒸发水分或真空干燥等处理方式将其转变为气凝胶。

该方法制备出的气凝胶具有优异的孔隙性能和高比表面积，在光学、催化和隔热领域有广泛的应用。

4. 气相沉积法气相沉积法是指将一种适宜的前体物质在高温下裂解、氧化或还原等化学反应形成气态分子，通过气相沉积在固体表面上形成气凝胶。

该方法的优点在于：制备速度快，反应条件易于控制，可得到高纯度、高结晶度的气凝胶。

二、气凝胶的应用研究进展气凝胶的应用研究主要集中在以下几个领域：1. 能源领域气凝胶具有优异的隔热性能和低介电常数，可用作电容器介质、超级电容器、锂离子电池隔膜和太阳能电池支撑材料等。

目前，人们已经研制出多种具有优异性能的气凝胶，如碳气凝胶、二氧化硅气凝胶等，这些材料在节能环保领域和新能源领域有广泛的应用前景。

基于碳材料的超级电容器的发展与应用

基于碳材料的超级电容器的发展与应用随着科技的不断进步和发展，人类对于能源的需求也越来越大。

同时，随着环保意识的普及，人类也开始逐渐关注清洁能源的开发和利用。

在这种背景下，超级电容器作为一种新型的能量存储装置，受到了越来越多的关注。

基于碳材料的超级电容器，具有高能量密度、高功率密度、长寿命、低耗能等优点，在电动汽车、可再生能源等领域得到了广泛的应用和研究。

一、碳材料的应用在超级电容器的制备中，碳材料是最常用的材料之一。

随着技术的不断进步，碳材料的种类和性能不断得到提高和改善，如石墨烯、碳纳米管、多孔碳材料等。

其中，石墨烯是一种由碳原子组成的二维蜂巢状晶体结构材料。

它具有高强度、高导电性、高热导性等优良性能，在超级电容器中的应用前景广阔。

石墨烯材料的制备和加工技术也在不断发展和完善，可以满足不同领域的需求。

碳纳米管是一种具有纳米级直径、高比表面积、高强度等性质的碳材料。

由于其优异的力学性能和电学性能，碳纳米管被广泛用于超级电容器、储能材料等领域。

多孔碳材料是一种具有多孔结构的碳材料，经过特殊的处理工艺，可以使其具有高比电容、高导电性、快速充放电等性能，成为超级电容器的重要材料之一。

二、基于碳材料的超级电容器在电动汽车领域中的应用随着电动汽车领域的不断发展和普及，超级电容器作为一种储能装置受到了越来越多的关注和应用。

与传统的铅酸蓄电池、锂离子电池相比，超级电容器具有充电速度快、循环寿命长、更加环保等优点。

基于碳材料的超级电容器在电动汽车领域的应用主要体现在以下几个方面：1.启动辅助电池：在车辆启动时，利用超级电容器提供高电流的短时输出，增强启动能力。

2.制动能量回收：在制动时，将制动能量储存在超级电容器中，减少能源浪费和对环境的污染。

3.加速辅助：在汽车加速时，利用超级电容器输出高功率电能，增加动力输出，提高汽车的加速性能。

三、基于碳材料的超级电容器在可再生能源领域中的应用可再生能源是指太阳能、风能、水能等能够不断补充的、使用后不会消失的能源形式。

新型碳气凝胶的制备及表征

新型碳气凝胶的制备及表征何蕊;刘振法【摘要】以氨水作为间苯二酚和甲醛反应的催化剂,经溶胶-凝胶制备有机气凝胶,再经过常温常压干燥、高温碳化形成碳气凝胶.采用X射线衍射、比表面仪、扫描电镜能谱分析仪对样品进行表征.结果表明:以氨水为催化剂所得碳气凝胶比表面积在900m2/g左右,呈现连续颗粒状.%Carbon aerogels are prepared by sol-gel process via reaction of resorcinol and formaldehyde with ammonia water as catalyst and afterward ambient drying followed by carbonization. The structure of products is characterized by X-ray diffraction, gas physisorption, scanning electron microscopy and energy spectrum analysis. Results indicte that the carbon aerogels with ammonia as catalyst show a coarser surface, and its specific surface area is about 900 m2/g, presenting continuous granular.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2013(034)001【总页数】4页(P26-29)【关键词】碳气凝胶;催化剂;氨水【作者】何蕊;刘振法【作者单位】河北省科学院能源研究所,河北石家庄050081;河北省科学院能源研究所,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】O648碳气凝胶是一种由高聚物分子构成的多空非晶凝聚态材料，可以用在力学、热学、光学及声学等方面，具有独特的性能和用途。

碳气凝胶的制备

碳气凝胶的制备
碳气凝胶是一种轻质、多孔且具有优异吸附性能的新型材料，广泛应用于能源存储、环境净化、催化剂载体等领域。

其制备方法主要包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法和胶凝体系转化法等。

本文将重点介绍碳气凝胶的制备方法及其在各个领域中的应用。

溶胶-凝胶法是目前制备碳气凝胶的常用方法之一。

该方法首先通过将含有碳前体的溶液凝胶化形成凝胶，然后经过干燥和热解等处理，最终得到碳气凝胶材料。

溶胶-凝胶法制备的碳气凝胶具有孔隙结构规整、比表面积大等优点，因此在气体吸附、催化剂载体等方面具有广泛的应用前景。

超临界干燥法是一种通过将溶胶在超临界条件下干燥得到碳气凝胶的制备方法。

超临界干燥法可以有效避免溶胶凝胶化过程中产生的晶体结构，从而得到具有较高孔隙度和比表面积的碳气凝胶材料。

这种制备方法在催化剂、传感器等领域有着重要的应用价值。

胶凝体系转化法是一种通过将含有碳前体的胶体颗粒在适当条件下转化得到碳气凝胶的方法。

胶凝体系转化法制备的碳气凝胶具有孔隙结构可控、形貌多样等特点，适用于各种形状和尺寸要求的碳气凝胶制备。

这种方法在电化学电容器、环境净化等领域具有广泛的应用前景。

碳气凝胶的制备方法多样，可以根据不同的应用需求选择合适的制
备方法。

碳气凝胶作为一种具有广泛应用前景的新型材料，将在能源存储、环境净化、催化剂载体等领域发挥重要作用，为解决能源和环境问题提供新的解决方案。

希望未来能够进一步深入研究碳气凝胶的制备方法和应用，推动其在更多领域的应用和发展。

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Ｄｅｃ．，２０１３
文章编号：１０００—２３７５（２０１３）０４ —０５０３— ０４
炭气凝胶的常压制备及其超级电容器行为
王俊，胡永明，邓秋芳，王钊子技术学院，湖北武汉４３００６２）
ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｎｄａｔｈｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｆａｒｃｅｒｅａａｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎ
中图分类号ＴＫＯ２
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎａｅｒｏｇｅｌｆｏｒｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＷＡＮＧＪｕｎ，ＨＵＹｏｎｇｍｉｎｇ，ＤＥＮＧＱｉｕｆａｎｇ，ＷＡＮＧＺｈａｏ，ＴＩＡＮＨｕｙｏｎｇ，ＧＵＨａｏｓｈｕａｎｇ
ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃａｒｂｏｎａｅｒｏｇｅｌｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｓｏｌ－ｇｅｌｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈａｔｍｏｓｐｈｅｉｒｃ
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｐｒｅｐａｒｉｎｇｃａｒｂｏｎａｅｒｏｇｅｌｓｉｔｗｈｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ１ａｒｇｅｓｔｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｆｒａｃｅａｒｅａａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｎｃａｅｃｏｕｌｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｐＨ＝９．０ａｔ
ａｅｒｏｇｅｌｓａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｉｆｃａｐｃａｃｉｔｎｃａｅｏｆｔｈｅａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｗｅｒｅｓｙｓｔｅａｔｍｉａｌｃｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ
第３５卷第４期２０１３年１２月
湖北大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．３５Ｎｏ．４
ｒｙｄａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｒｂａｏｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｃｔｉｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｂｙｕｓｉｎｇｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ（Ｒ）ａｎｄｆｕｒｆｕｒａｌ（Ｆ）ａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｈｙｄｒｏｕｓｅｔｈａｎｏｌａｓｓｏｌｖｅｎｔａｎｄｈｅｘａｒｎｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ（ＨＭＴＡ）ｃａｔａｌｙｔｉｃａｓｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｒ．Ｔｈｅ
摘要
采用溶胶一凝胶法，以间苯二酚（Ｒ）和糠醛（Ｆ）为原料，环六次甲基四胺（ＨＭＴＡ）作催化交联剂，通过常压干
燥和高温碳化、活化等工艺制备分散性良好的炭气凝胶．研究溶剂的ｐＨ值和活化温度等工艺参数对炭气凝胶的比表面积和用作超级电容器电极的比电容的影响．确立具有最大比电容时炭气凝胶的最佳制备工艺条件．结果表明，当ｐＨ一
９．０，活化温度为９５０℃ 时获得的炭气凝胶具有最大的比表面和．比电容．
关键词
炭气凝胶；间苯二酚；环六次甲基四胺；超级电容器
文献标志码ＡＤＯＩ：ｉ０：３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１Ｏ００ — ２３７５．２０１３．０４．０２２
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００６２，Ｃｈｉｎａ）