碳基材料是超级电容器和电容去电离等领域的重要理想材料。然而,传统的商用材料在纳米尺度上存在多相、易团聚等问题,且由于传输通道差、制备的电极电容低,在电化学和海水淡化性能方面存在结构限制。本文介绍了两种具有非晶态介孔结构的空心碳基纳米管(HCTs)的可控制备策略,这两种空心碳基纳米管采用MnO2线性模板法和聚合物前驱体的煅烧法制备。多孔氮掺杂HCT (NHCT)的容量为412.6 F g−1(1 A g−1),速率为20 A g−1,速率为77.3%。所制备的非对称MnO2//NHCT超级电容器的能量密度为55.8 Wh kg−1,功率密度为803.9 W kg−1。两种典型的MnO2//HCT和MnO2//NHCT装置均表现出硫酸盐的选择性脱盐性能,其中MnO2//NHCT装置具有11.37 mg g−1(500 mg L−1Na2SO4)的高去离子值。这些具有功能特性的空心碳基结构在能源和环境相关领域具有潜在的应用前景。
高比表面积的多孔碳纳米片是最具发展前景的超级电容器电极材料,但其高孔隙体积导致密度相对较低,体积电容较差。在这项工作中,通过一种新型的D -葡萄糖酸钙爆炸技术,成功地合成了具有支柱支撑的三维非聚集结构的氮掺杂分层多孔碳纳米片(SNPCNS)。通过调节热解温度、热解时间、D -葡萄糖酸钙与脲醛树脂的质量比,优化SNPCNS的比表面积、孔容和电容性能。优化后的SNPCNS具有较高的比表面积(539 m2g-1),丰富的表面杂原子(N: 8.1 %)和高密度(1.1 1 g cm-3)。因此,由SNPCNS电极组装的超级电容器具有非常高的重量/体积电容286 F g-1/317 Fcm-3(在6M KOH)和355 F g-1/ 394 F cm-3(在1M H2SO4中)。重要的是,高重量/体积能量密度为40.5 W h kg-1/ 44.9 W h L-1(在离子液体中),优于以前报道的基于碳纳米片的对称超级电容器。这项工作为高性能多孔碳纳米片的大规模低成本生产提供了新的策略。
日益严重的塑料污染和日益减少的化石燃料供应让很多国家感到危机,对利用废物的回收再利用的研究的热潮持续高涨。一篇名为“Multiwall carbon nanotubes derived from plastic packaging waste as a high-performance electrode material for supercapacitors”的论文引起注意,这是一篇首次从柔性塑料包装废料中开发和设计用于超级电容器的多壁碳纳米管的研究工作。
超疏水表面具有很多迷人的特性,如坚固的超疏水材料可以保护人们免受飓风、高温和潮湿/寒冷条件等恶劣天气的影响。虽然已有研究者开发一种全有机超疏水材料配方,该配方可以在35 m s−1下承受液体冲击,还具有多方面的机械化学稳健性。然而,对于恶劣的天气或极端的工业条件,这些可能仍然不够。故在极端环境所需的耐用性仍然是一个挑战。
4月17日,中国工程院瞿金平院士团队采用工业化的微挤出压缩成型技术制备了一种具有三维互连开孔结构的微/纳结构聚乙烯/碳纳米管(MN-PCG)泡沫材料。该材料是一种新型淡水收集泡沫材料,该材料表面的三维纳/微米结构为微小水滴提供了充足的成核点以从潮湿空气中收集水分,在夜间实现了1451 mg cm -2 h -1的雾收集效率,同时具备良好的超疏水性、耐酸碱性、耐热性和主动/被动除冰性,这些特性能保证其在户外实际应用中长时间工作。他们提出的全天候淡水收集材料制备方法,为解决全球水资源短缺问题提供了一个良好的解决方案。相关研究成果日前发表在学术期刊《Small》上。
超长碳纳米管(CNTs)被誉为诸多前沿领域的理想材料。然而,受限于其极低的产量,超长CNTs的实际应用仍难以广泛展开。为此,迫切需要探索新的方法,以提升超长CNTs的生长效率,并在宏观尺度上减轻其面积密度的衰减,从而为其实际应用奠定坚实的基础。为了解决这一问题,清华大学化工系张如范副教授课题组提出了一种简便、通用且可控的原位合成浮动双金属催化剂(FBCs)的方法,用于生长产量高、均匀性好的超长CNT阵列。基于筛选和优化后的FeCu催化剂,实现了长度达30 cm、阵列密度达8100根 mm–1的超长碳纳米管水平阵列的可控制备,并利用分子动力学模拟和生长动力学模型分析,成功解释了FeCu催化剂具备高性能的原因。研究成果以” Floating Bimetallic Catalysts for Growing 30 cm-Long Carbon Nanotube Arrays with High Yields and Uniformity”为题发表在国际期刊《Advanced Materials》上。