碳气凝胶材料的制备及其贮氢性能

新型气凝胶材料的合成及其在储能领域中的应用研究近年来，关于新型气凝胶材料的合成及其在储能领域中的应用研究日益火热。

气凝胶材料具有很高的比表面积和孔隙度，能够有效地储存大量的气体或液体分子。

在储能领域，气凝胶材料可以作为储氢材料、储电材料、储热材料等，具有重要的应用前景。

一、气凝胶的基本概念和特点气凝胶是由固态凝胶转变为气态的一种材料，具有高度的孔隙度和比表面积。

气凝胶可以用于吸附、分离、过滤、催化等领域，也可以用于制备传感器、储氢材料等。

气凝胶的合成是一个复杂的过程，需要控制凝胶的结构、孔径和孔隙分布等参数。

常用的气凝胶制备方法包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法、湿法法等。

气凝胶材料的主要特点包括：1. 高度的孔隙度和比表面积，具有极高的吸附能力。

2. 微观结构可以通过精确控制制备条件来调控，并可通过控制化学成分，来改变气凝胶的化学和物理性质。

3. 几乎所有的材料类型，如无机、有机、高分子材料，都可以制备成具有气凝胶性质的材料。

4. 极小的孔径可以使气凝胶材料有效地去除或过滤微小的分子，例如过滤PM2.5的颗粒物。

二、气凝胶材料在储氢领域中的应用氢气是一种绿色、清洁的能源，但其密度很低，储存问题一直是制约其应用的关键。

气凝胶材料通过其高度的孔隙度和比表面积，可以有效地储存大量的氢气分子。

同时，气凝胶材料的孔径可以根据需要进行精确的调整。

通过调整气凝胶孔径的大小，可以实现不同程度的吸氢/脱氢速率，从而满足不同的应用需求。

随着氢能技术的快速发展，气凝胶材料的研究和发展也得到了广泛关注。

三、气凝胶材料在储电领域中的应用电池和超级电容器等储能材料是现代社会不可或缺的能源存储和转换设备。

使用气凝胶材料制备储能材料，可以有效地提高电化学反应速率、扩大电极表面积和提高能量密度。

气凝胶材料作为储电材料可以通过其高度的孔隙度和比表面积来实现大量的电量储存。

气凝胶材料还具有可调谐的孔隙结构和大量的活性位点，可大幅提高电催化性能，从而提高储电材料电容性能。

碳气凝胶材料引言：碳气凝胶材料是一种具有多孔结构和超高比表面积的新型材料。

它由纳米级的石墨烯或者碳纳米管等碳材料组成，具有很多优异的性质和广泛的应用前景。

本文将介绍碳气凝胶材料的制备方法、物理化学性质以及应用领域等方面的内容。

一、制备方法：碳气凝胶材料的制备方法多种多样，常见的有溶胶-凝胶法、超临界干燥法和模板法等。

溶胶-凝胶法通过将碳源溶解在溶剂中，然后通过凝胶化和热处理等步骤将溶胶转变为凝胶，并最终得到碳气凝胶材料。

超临界干燥法是将碳源溶解在超临界流体中，然后通过调节温度和压力等条件，在超临界条件下使溶液蒸发，最终得到碳气凝胶材料。

模板法则是利用某些模板材料的孔隙结构来指导碳源的凝胶化和热处理过程，从而得到具有特定孔隙结构的碳气凝胶材料。

二、物理化学性质：碳气凝胶材料具有多孔结构和超高比表面积的特点。

由于其孔隙结构可以调控，使得碳气凝胶材料的孔径和孔隙分布可以被精确设计和控制。

碳气凝胶材料的比表面积通常在500-2000 m^2/g之间，远远高于其他材料。

此外，碳气凝胶材料还具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械强度，具备良好的导电性和导热性能。

三、应用领域：碳气凝胶材料在能源存储、环境治理、催化剂载体、吸附剂等领域具有广泛的应用前景。

1. 能源存储：由于碳气凝胶材料具有高比表面积和多孔结构的特点，可以作为优良的电极材料用于超级电容器和锂离子电池等能源存储设备中。

碳气凝胶材料作为电极材料，具有较高的电容量和循环寿命。

2. 环境治理：碳气凝胶材料可以作为吸附剂用于废水处理和废气净化等环境治理领域。

由于其大比表面积和多孔结构，碳气凝胶材料可以有效吸附和去除废水中的重金属离子、有机物和颗粒物等污染物。

3. 催化剂载体：碳气凝胶材料还可以作为催化剂的载体，在催化反应中发挥重要的作用。

碳气凝胶材料具有高比表面积和丰富的官能团，可以提供良好的反应活性和选择性。

4. 吸附剂：碳气凝胶材料可以作为吸附剂用于气体分离和储气等领域。

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。

专利名称：一种碳气凝胶的制备方法及其用途
专利类型：发明专利
发明人：朱照琪,孙寒雪,李安,胡志龙,焦芮,张政,梁卫东申请号：CN201811174963.8
申请日：20181009
公开号：CN109200954A
公开日：
20190115
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种碳气凝胶材料的制备方法其用途。

本发明的种碳气凝胶的制备方法是：将海藻酸钠和聚环氧乙烷或聚氧化乙烯(PEO)分别溶于水中，经并充分搅拌使两种溶液完全混合后，在环境温度下在混合溶液中滴加Ca(NO)，快速形成海藻酸钙水凝胶块，放置过夜以稳定，并置换出大量的水溶液，再将制备的水凝胶冷冻干燥直至完全没有水分，最后将冷干的块状气凝胶在600℃碳化8小时，得到所述的碳气凝胶。

由本发明的方法可制备得到的碳气凝胶材料。

这种碳气凝胶材料可用于去除废水中重金属离子。

申请人：兰州理工大学
地址：730050 甘肃省兰州市七里河区兰工坪287号
国籍：CN
代理机构：兰州振华专利代理有限责任公司
代理人：张晋
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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。

新型碳基储氢材料的制备及性能研究随着全球能源危机日益严峻，绿色能源的开发和利用变得越来越重要。

以氢气为能源的燃料电池是一种无污染、高效率的清洁能源技术，正在得到广泛关注。

但是，氢气的储存一直是瓶颈问题，传统的储氢材料热力学储氢密度低、操作温度高、反应速率慢等问题限制了其应用。

为解决这一问题，新型碳基储氢材料崭露头角。

一、碳基储氢材料的优点碳基储氢材料是指将具有大量孔隙结构的碳材料作为载体，通过化学修饰或吸附掺杂物等方式，实现储氢。

这种材料的储氢密度高、操作温度低、反应速率快，并且具有良好的稳定性和可再生性，具有极高的潜力。

二、碳基储氢材料的制备方法碳基储氢材料的制备方法主要包括物理吸附法、化学气相沉积法、共价有机框架法、化学修饰法等。

物理吸附法是利用孔道结构对氢气进行物理吸附的方法，具有操作简单、成本低、易于大规模生产等优点，但储氢密度低，受温度和压力的影响较大。

化学气相沉积法是将碳源分解成纳米碳颗粒以增加孔体积，然后通过与气体或液体的反应来引入氢气，具有储氢密度高，反应快等优点，但需要复杂的装置和高质量的碳源。

共价有机框架法是指利用有机化合物作为单元，经过合成和修饰形成孔道结构较为完整的有机框架材料。

共价有机框架法制备碳基储氢材料具有储氢密度高、反应速率快及材料结构稳定等特点，但需要复杂的合成方法。

化学修饰法是指通过对传统材料进行化学修饰，使其形成更多的活性位点，增加孔隙度和表面积，进而扩大储氢容量。

该方法具有工艺简单、成本低的优点，且可通过表面稳定性的改变来实现材料的调控设计。

三、碳基储氢材料的性能研究碳基储氢材料的性能研究主要涉及其储氢、稳定性及循环性能等方面。

在储氢方面，碳基储氢材料的理论储氢密度可高达6.5wt%。

但是，目前实际的储氢容量往往无法达到预期，仍需要进一步提高。

在稳定性方面，由于碳基储氢材料的孔道及表面易于受到氧化、水或杂质等影响，导致材料性能的下降。

因此，提高材料的稳定性是当下关键之一。

专利名称：一种碳气凝胶材料及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：董雷,唐尘飞,朱可亮,吕沅泽,夏梓诺,韩辰宇,孙景芃,王莹
申请号：CN202210127503.X
申请日：20220211
公开号：CN114477134A
公开日：
20220513
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公布了一种碳气凝胶材料及其制备方法，通过将天然桃胶加水泡发溶胀后得到凝胶，然后将凝胶冷冻和冻干后，再经热处理得到碳气凝胶，碳气凝胶开孔孔隙率为80～98％，大孔孔径为100～300微米，用途是作为吸音材料。

本发明利用生物质资源通过简化凝胶工艺制备得到合适孔径的用于吸音的碳气凝胶材料。

申请人：苏州北美国际高级中学
地址：215100 江苏省苏州市吴中区天鹅荡路268号
国籍：CN
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常压干燥制备碳气凝胶及其结构与性能研究刘栋*马红彦沈思婷徐云龙李会平（华东理工大学材料科学与工程学院超细材料制备与应用教育部重点实验室上海 200237）摘要：常压干燥相比超临界干燥制备碳气凝胶具有操作简便、成本低廉的优势。

本文用常压干燥成功制备出碳气凝胶并用XRD、TEM、BET及四探针电阻率仪对其进行了表征。

制备的碳气凝胶具有典型的三维纳米网络结构，粒子均匀且融合连通。

孔径小、分布窄，平均孔径22.49nm。

电导率随R/C增大而减小，其值接近超临界干燥制备的碳气凝胶。

关键词：碳气凝胶常压干燥溶胶－凝胶法1、引言碳气凝胶（CRF）自R W Pekala[1]首次以sol-gel法得到以来，其独特的声、光、电、热性质受到全世界研究者的强烈关注。

CRF制备的反应原理是间苯二酚和甲醛在碱催化剂作用下发生加成反应，形成单/多元羟甲基间苯二酚中间体。

其后中间体的羟甲基(-CH2OH)和苯环上未被取代的位置之间以及两个羟甲基之间再发生缩聚反应，分别形成以亚甲基键(－CH2)和亚甲基醚键(-CH2OCH2－)连接的基元胶体颗粒。

在这些基元胶体颗粒中，小颗粒易于溶解而大颗粒则继续生长成团簇，团簇进一步缩聚最终形成网络状体型聚合物，即RF有机凝胶。

RF有机凝胶经溶剂替换、超临界干燥、炭化后便得到具有三维纳米网络结构的碳气凝胶。

然而，碳气凝胶的制备因为要用到超临界流体干燥装置而使其成本居高不下,并且制备工艺也较复杂。

V.BOCK[2]等利用常压干燥成功制备出CRF薄膜，为碳气凝胶的制备提供了一条新的思路。

本文利用sol-gel法，以间苯二酚、甲醛为原料，Na2CO3为催化剂，经陈化、溶剂替换、常压干燥、炭化，最终制得块状碳气凝胶，并用XRD、TEM、BET、四探针电阻率仪对其进行了结构及性能表征。

2、实验部分2.1碳气凝胶的制备间苯二酚（R）和甲醛（F）以摩尔比1:2混合均匀后加入Na2CO3（C）溶液作为催化剂，反应中氩气保护。

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald44炭气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定形碳素材料，可以通过溶胶-凝胶、超临界干燥和碳化过程制备，孔隙率可达到80%～98%，网络结构的胶体颗粒粒径分布为3～20 n m，而比表面积范围在600～3 000 m 2/g，密度范围则在0.16～800 m g/c m 3[1-5]。

由于具有纳米网络结构、大孔隙率以及大比表面积等特征，炭气凝胶是一种优异性能的功能材料，使其在隔热材料、光学材料、催化剂载体、吸附材料等方面具有特殊的用途。

它是大能量密度和大功率密度的新一代细网光电管的单光子计数器、新型高效可充电电池、超级双电层电容器的理想电极材料[6-7]。

国内多家研究机构对炭气凝胶的合成进行研究，但其制备方法通常通过碳化处理酚醛类有机气凝胶得到的（当碳化①基金项目：绵阳师范学院科研启动项目(No.QD2015A001);绵阳师范学院校级重点项目（No.2014A03）。

作者简介：陈擘威(1977—)，男，四川达县人，博士，副教授，主要从事功能材料、计算材料学的研究。

DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2016.21.044炭气凝胶的制备与吸附氢气性能①陈擘威1,2（1.绵阳师范学院数理学院；2.绵阳师范学院计算物理研究中心 四川绵阳 621000）摘　要：以氯化锌和聚丙烯酸作为前驱物，采用还原法，在一氧化碳和氮气的混合气体中，还原锌基复合气凝胶，成功制备出炭气凝胶。

通过用场发射扫描电镜（FESEM）、射电子显微镜(HRTEM)和N 2吸脱附测试对气凝胶的微观结构表征，结果表明：孔洞分布均匀，具有典型的三维空间网络结构，其比表面积为1 806 m 2/g，孔径分布在2～30 nm。

在常温下，压力在0.1～5 MPa范围内，测试了气凝胶的吸附氢气性能，发现该气凝胶具有较高的吸附氢气能力，压力达到5 MPa时，吸附能力最强，为0.29 wt.%。