電紡納米縴維在環境催化和能量存儲中的應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭澤宇，楠頂 著

圖書標籤:

• 電紡納米縴維
• 環境催化
• 能量存儲
• 納米材料
• 催化劑
• 儲能材料
• 材料科學
• 化學工程
• 環境科學
• 納米技術

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030544483

版次：31

商品編碼：12249237

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

頁數：232

字數：30000

正文語種：中文

內容簡介

　　《電紡納米縴維在環境催化和能量存儲中的應用》從環境汙染控製和能量儲存的角度，深入淺齣地總結瞭電紡納米碳縴維及石墨烯復閤功能材料用於室溫下低濃度氮氧化物（NOx）的吸附和催化氧化，以及電紡多孔碳納米縴維、矽碳復閤電極材料用於鋰離子電池負極材料的基本方法和基本理論。《電紡納米縴維在環境催化和能量存儲中的應用》共分為兩個部分：第一部分為環境催化應用部分，第二部分為能量存儲應用部分。第一部分共分為 6 章，闡述瞭通過靜電紡絲技術製備的納米碳縴維針對室溫下低濃度氮氧化物（NOx）的吸附和催化氧化脫除技術和機理；第二部分共分為 6 章，闡述碳基和非碳基負極材料中頗具潛力的一維多孔碳和一維矽碳復閤材料用於鋰離子電池負極，通過改性提高其電化學性能並揭示其性能提升的原因和內在機製。《電紡納米縴維在環境催化和能量存儲中的應用》深入解析瞭製備方法-材料結構-環境/儲能功能之間的相互關係，並分彆提齣瞭環境催化材料和鋰離子電池負極材料發展中有待解決的科學問題。

目錄

目錄
序
前言
第一部分 環境催化應用
第1章 緒論 3
1.1 氮氧化物（NOx）簡介 3
1.2 多孔碳材料對氮氧化物的吸附和催化 5
1.2.1 活性炭對氮氧化物的吸附和催化 5
1.2.2 活性碳縴維對氮氧化物的吸附和催化 8
1.2.3 碳納米管和活性碳納米縴維對氮氧化物的吸附及催化 12
1.3 碳納米縴維的製備方法 18
1.3.1 化學氣相沉積法 18
1.3.2 模闆法 20
1.3.3 靜電紡絲法 24
第2章 電紡碳納米縴維的製備及分析測試方法 28
2.1 電紡製備碳納米縴維在NOx 吸附和催化轉化方麵的研究進展 28
2.2 納米碳材料用於室溫下氮氧化物（NOx）的催化氧化 32
2.3 室溫下對氮氧化物（NOx）的脫除難點及研究方法 33
2.4 試劑與主要實驗設備 34
2.5 納米縴維的製備裝置 35
2.6 材料的製備方法與處理工藝 35
2.7 材料與樣品的錶徵方法 36
2.8 NOx吸附和催化氧化性能測試 37
第3章 碳/碳納米復閤縴維的製備及對NO 的催化氧化性能研究 39
3.1 引言 39
3.2 靜電紡絲法製備PAN/GO 復閤碳納米縴維及其錶徵 40
3.2.1 實驗方法 40
3.2.2 氧化石墨烯製備過程與錶徵 41
3.2.3 電紡復閤納米縴維原絲形貌及錶徵 43
3.2.4 碳納米復閤縴維的微觀形貌及其錶徵 45
3.2.5 PAN/GO復閤碳納米縴維的結構和石墨化度 48
3.2.6 PAN/GO復閤碳納米縴維的比錶麵積和孔結構 50
3.2.7 活性碳納米復閤縴維的錶麵性質與基團 52
3.2.8 碳/碳納米復閤縴維對NO 的催化氧化性能測試 57
3.3 GO含量對納米縴維可紡性探究及其對縴維結構和性能的影響 60
3.3.1 氧化石墨烯的添加量對復閤納米縴維可紡性探究 60
3.3.2 GO含量最大時對納米縴維的形貌和結構的影響 61
3.3.3 GO含量最大時對納米縴維的比錶麵積和孔結構影響 62
3.3.4 GO含量最大時對納米縴維的石墨化度和NO 催化性能影響 62
3.3.5 不同活化氣體對NO 催化氧化性能影響 63
3.4 GO含量最大時處理溫度對納米縴維形貌和結構的影響 64
3.4.1 更高溫度處理對復閤納米縴維結構的影響 64
3.4.2 空心納米縴維的石墨化度和成分分析 66
3.4.3 石墨烯空心納米管的形成機理分析 67
3.5 碳納米縴維對NO 催化氧化反應機製及理論分析 68
3.6 本章小結 72
第4章 石墨烯納米縴維的製備及其對NO 的催化氧化性能研究 74
4.1 引言 74
4.2 PAN 與鱗片石墨氧化後所得GO 混紡製備石墨烯納米縴維 75
4.2.1 實驗方法 75
4.2.2 電紡石墨烯縴維的微觀形貌 75
4.2.3 石墨烯縴維的比錶麵積和孔結構錶徵 79
4.2.4 石墨烯縴維的石墨化度和錶麵化學組成 81
4.3 石墨烯納米縴維對NO 室溫下的催化氧化性能研究 84
4.3.1 同一溫度下不同處理時間對NO 的催化氧化性能研究 86
4.3.2 同一活化時間下不同處理溫度對NO 的催化氧化性能研究 88
4.4 rGO、石墨質納米結構對NO 的催化氧化性能增強的機理分析 88
4.5 本章小結 90
第5章 石墨質納米結構碳縴維的製備及對NO 的催化氧化性能研究 92
5.1 引言 92
5.2 實驗設計與製備工藝 93
5.3 石墨質納米縴維的錶徵 94
5.4 溫度對多孔石墨質納米縴維的影響規律 95
5.4.1 石墨質多孔納米縴維的微觀形貌與結構 95
5.4.2 石墨質多孔納米縴維的比錶麵積和錶麵化學組成 99
5.5 催化劑（AAI）含量對多孔石墨質納米縴維的影響規律 102
5.5.1 AAI對石墨質多孔納米縴維的微觀形貌與結構的影響 102
5.5.2 AAI石墨質多孔納米縴維的比錶麵積和錶麵化學組成的影響 104
5.6 石墨質多孔碳納米縴維在室溫下對NO 的催化氧化性能 107
5.6.1 不同含量AAI 的縴維對NO 的催化氧化性能影響及機理探究 109
5.6.2 不同處理溫度縴維對NO 的催化氧化性能影響及機理探究 110
5.7 氨氣處理對NO 的催化氧化性能促進的機理分析 111
5.8 本章小結 113
第6章 環境催化部分結論 114
參考文獻 116
第二部分 能量存儲應用
第7章 鋰離子電池及負極材料概述 131
7.1 引言 131
7.2 鋰離子電池的工作原理 132
7.3 鋰離子電池負極材料的儲鋰機理及發展概述 133
7.4 非碳基負極材料的儲鋰機理及其發展概述 142
7.5 Si 基負極材料 144
第8章 鋰離子電池負極製備、分析與研究方法 158
8.1 鋰離子電池負極材料特點 158
8.2 本章主要研究內容 159
8.3 實驗設備與化學試劑 160
8.4 物理化學錶徵 161
8.5 電池的組裝和測試 163
8.5.1 電池的組裝 163
8.5.2 恒流充放電測試 163
8.5.3 循環伏安法 163
8.5.4 電化學阻抗測試 164
第9章 電紡絲製備聚酰亞胺基鋰離子電池自支撐一維多孔碳負極材料 165
9.1 引言 165
9.2 實驗過程 166
9.2.1 聚酰亞胺簡介 166
9.2.2 實驗過程 167
9.3 聚酰亞胺基多孔碳納米縴維結構 169
9.3.1 聚酰亞胺基多孔碳納米縴維宏觀形貌 169
9.3.2 聚酰亞胺基多孔碳納米縴維微觀形貌錶徵 169
9.3.3 聚酰亞胺基多孔碳納米縴維孔結構錶徵 171
9.4 聚酰亞胺基多孔碳納米縴維電化學性能錶徵 172
9.5 本章小結 175
第10章 電紡製備鋰離子電池自支撐一維摻氮多孔碳負極材料 176
10.1 引言 176
10.2 電紡製備鋰離子電池自支撐一維摻氮多孔碳負極材料 177
10.2.1 實驗過程 177
10.2.2 摻氮多孔碳納米縴維的結構 178
10.2.3 摻氮多孔碳納米縴維的電化學性能 182
10.3 氨氣處理提高摻氮多孔碳縴維負極材料電化學性能 185
10.3.1 實驗過程 185
10.3.2 氨氣處理製備摻氮多孔碳縴維的結構 185
10.3.3 氨氣處理製備摻氮多孔碳縴維的電化學性能 189
10.4 氮元素對提高鋰離子電池負極材料電化學性能原因分析 193
10.5 本章小結 195
第11章 浸漬法製備具有一定預置空間的鋰離子電池自支撐一維矽碳復閤負極材料 196
11.1 引言 196
11.2 具有豐富預置空間的鋰離子電池自支撐一維矽碳復閤負極材料結構設計 197
11.3 實驗過程和浸漬工藝參數的確定 198
11.3.1 實驗過程 198
11.3.2 Si/PVA 電紡納米縴維微觀形貌 199
11.3.3 浸漬工藝參數的確定 199
11.3.4 碳化溫度的確定 200
11.4 浸漬法製備的一維矽碳復閤負極材料的結構 201
11.5 浸漬法製備的一維矽碳復閤負極材料的電化學性能 205
11.6 浸漬溶液濃度對一維矽碳復閤負極材料的電化學性能的影響 207
11.7 本章小結 209
第12章 能量存儲部分結論 210
參考文獻 211

電紡納米縴維：賦能綠色未來 在追求可持續發展和應對全球環境挑戰的時代浪潮中，新型材料的研發與應用扮演著至關重要的角色。電紡納米縴維，作為一類兼具優異性能和廣泛適用性的先進材料，正以前所未有的潛力，為環境催化和能源存儲領域帶來革新性的突破。 一、電紡納米縴維：結構與特性的魅力 電紡絲技術，作為一種成熟且高效的納米縴維製備方法，通過高壓靜電場的驅動，將聚閤物溶液或熔體拉伸成直徑在納米量級的縴維。這些微細的縴維構築起三維的多孔網絡結構，賦予瞭電紡納米縴維一係列獨特的優勢： 巨大的比錶麵積： 納米縴維的極小尺寸使其擁有驚人的比錶麵積，遠超微米級甚至塊體材料。這為催化反應提供瞭更多的活性位點，也極大地增強瞭電極材料與電解質的接觸麵積，從而提升瞭能量存儲器件的效率。 高度可調的孔隙率和結構： 通過精確控製電紡絲工藝參數（如溶液濃度、電壓、流速、收集距離等），可以巧妙地調控納米縴維的直徑、取嚮、孔隙率以及整體的宏觀形貌。這種高度的可定製性使得我們能夠針對 specific 的應用需求，設計齣最優化的納米縴維結構。 優異的機械性能： 盡管尺寸微小，但電紡納米縴維通常錶現齣良好的拉伸強度和柔韌性，這對於需要承受一定應力和形變的催化劑載體或柔性儲能器件而言至關重要。 易於功能化和復閤： 納米縴維的錶麵易於進行化學修飾，引入各種官能團或負載其他活性物質，如金屬納米顆粒、金屬氧化物、碳材料等。這種易於復閤的特性，能夠協同發揮不同材料的優勢，實現性能的飛躍。 二、環境催化：淨化與轉化的綠色引擎 電紡納米縴維在環境催化領域的應用，主要聚焦於汙染物的降解、轉化以及清潔能源的生産。其高比錶麵積和易於負載活性組分的特點，使其成為理想的催化劑載體或直接催化劑。 廢水處理中的高級氧化/還原： 無論是工業廢水中的有機汙染物，還是生活汙水中的頑固性雜質，都可以通過負載瞭活性催化劑（如TiO2、ZnO、金屬納米顆粒等）的電紡納米縴維進行高效降解。例如，TiO2納米縴維在紫外光照射下，能夠産生具有強大氧化能力的自由基，將有機物分解為無害物質。而負載瞭Pd、Pt等貴金屬納米顆粒的縴維，則可用於催化還原硝酸鹽、重金屬離子等。 空氣汙染物的去除： 針對汽車尾氣、工業廢氣中的氮氧化物（NOx）、揮發性有機化閤物（VOCs）等，可以開發齣選擇性吸附或催化轉化的電紡納米縴維材料。例如，活性炭縴維具有優異的吸附性能，而負載瞭催化劑的縴維則能夠將有害氣體轉化為對環境友好的物質。 生物質轉化與清潔能源生産： 電紡納米縴維也為生物質的高效轉化提供瞭新的平颱。通過負載閤適的催化劑，能夠促進生物質轉化為生物燃料（如乙醇、生物柴油）或高附加值化學品。此外，在加氫、脫氫等反應中，高性能的電紡納米縴維催化劑也為清潔能源的生産開闢瞭道路。 CO2捕獲與利用： 隨著全球對碳排放的關注，CO2的捕獲與利用成為重要的研究方嚮。某些電紡納米縴維，通過引入胺基等官能團，能夠高效吸附CO2。而負載瞭催化劑的縴維，則可以將捕獲的CO2轉化為甲醇、甲烷等有價值的化學品，實現碳資源的循環利用。 三、能量存儲：驅動綠色未來的動力源泉 電紡納米縴維在能量存儲領域的應用，主要體現在提升電池、超級電容器等儲能器件的性能上。其獨特的結構特性，能夠顯著改善電極材料的導電性、離子傳輸能力以及循環穩定性。 鋰離子電池（LIBs）的電極材料： 正極材料： 將LiFePO4、LiMn2O4、NCM等活性正極材料製備成納米縴維，可以有效縮短鋰離子的擴散路徑，提高倍率性能。同時，通過與導電碳納米縴維復閤，可以顯著改善電極的導電網絡，減少內阻。 負極材料： 矽、锡等高容量負極材料在充放電過程中體積變化巨大，容易導緻電極粉化和性能衰減。而將這些材料負載或包覆在柔韌的碳納米縴維上，能夠有效緩解體積膨脹問題，提高循環壽命和倍率性能。 隔膜材料： 采用聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）等製備的電紡納米縴維隔膜，具有極高的孔隙率和優異的力學性能，能夠有效防止短路，同時促進鋰離子的快速傳輸，提高電池的功率密度。 超級電容器（SCs）： 電極材料： 活性炭、石墨烯、碳納米管等作為超級電容器的常見電極材料，通過電紡納米縴維技術，可以將其構築成高比錶麵積、高導電性的三維網絡結構。這種結構能夠最大化電解質與電極材料的接觸麵積，提高電容性能。此外，將贋電容材料（如金屬氧化物、導電聚閤物）與碳納米縴維復閤，可以同時發揮雙電層電容和贋電容的優勢，實現能量密度和功率密度的協同提升。 固態電解質： 固態電解質因其安全性和高能量密度潛力而備受關注。利用聚閤物電解質與無機納米填料（如納米氧化物、納米陶瓷）進行電紡，可以製備齣兼具高離子電導率和良好力學性能的納米縴維固態電解質，為下一代高性能固態電池奠定基礎。 其他儲能器件： 除瞭鋰離子電池和超級電容器，電紡納米縴維在鈉離子電池、液流電池、燃料電池等方麵也展現齣巨大的應用潛力，可以作為集流體、催化劑載體、膜材料等，為提升這些器件的性能提供創新的解決方案。 四、展望未來：無限可能與挑戰 電紡納米縴維在環境催化和能量存儲領域的應用，正處於蓬勃發展的階段。隨著研究的不斷深入，我們可以預見以下發展趨勢： 多功能集成： 將催化與儲能功能集成到單一的電紡納米縴維材料中，實現“邊反應邊存儲”或“催化輔助儲能”，將極大地提升材料的綜閤效益。 智能響應材料： 開發能夠根據外界環境（如溫度、pH、光照）變化而改變催化活性或儲能性能的智能電紡納米縴維，為實現按需調控和能量管理提供可能。 大規模綠色製備： 優化電紡絲工藝，實現電紡納米縴維的大規模、低成本、環境友好的工業化生産，是其廣泛應用的關鍵。 深入的機理研究： 結閤先進的錶徵技術和理論計算，深入理解納米縴維的結構-性能關係，為理性設計和優化材料提供指導。 當然，電紡納米縴維的廣泛應用也麵臨一些挑戰，例如長期穩定性和耐久性、成本控製、規模化生産的工藝優化等。但憑藉其獨特的優勢和研究人員的不懈努力，我們有理由相信，電紡納米縴維必將在構建綠色、可持續的未來中扮演越來越重要的角色。

評分☆☆☆☆☆

一本讓人眼前一亮的書，我迫不及待地翻開瞭它，雖然我不是這個領域的研究者，但書中的內容深深地吸引瞭我。作者以一種非常易於理解的方式，將電紡納米縴維這一前沿技術，巧妙地融入到瞭我們日常生活息息相關的環境保護和能源利用兩大主題中。從一開始，我就被書中那嚴謹卻又充滿想象力的描述所吸引。它不僅僅是簡單地羅列技術細節，而是通過生動的案例和深入淺齣的解釋，讓我看到瞭納米縴維在解決實際問題上的巨大潛力。 我特彆關注瞭書中關於環境催化的部分，感覺作者在這方麵花費瞭大量的筆墨，並且做得非常齣色。他們不僅僅是介紹瞭電紡納米縴維作為催化劑載體的優勢，比如巨大的比錶麵積和可調控的孔隙結構，更重要的是，通過大量的實驗數據和理論分析，展示瞭這些納米縴維是如何有效地吸附和降解各種汙染物，例如工業廢水中的有機染料、空氣中的揮發性有機物（VOCs）等等。書中對納米縴維錶麵功能化的討論也十分深入，各種化學修飾如何增強其對特定汙染物的選擇性和催化活性，這一點讓我印象深刻。我甚至能想象到，在不久的將來，這種技術可能會成為我們解決水汙染和空氣汙染難題的一把利器。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，這是一本非常值得推薦的書籍，無論是對於在校的學生、科研工作者，還是對環境保護和能源科技感興趣的普通讀者，都能從中獲益匪淺。它不僅提供瞭前沿的科學知識，更重要的是，它激發瞭讀者對未來科技的想象力，以及對解決現實世界問題的思考。我強烈建議大傢將其納入自己的閱讀清單，相信我，你不會失望的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式也值得稱贊。作者並沒有用枯燥的學術語言來堆砌，而是善於運用類比和圖示，將復雜的科學概念形象化。例如，在解釋納米縴維巨大的比錶麵積時，作者會將其比作“微型宇宙飛船”上的“超級太陽帆”，這種生動的比喻讓讀者能夠直觀地理解其優勢。同時，書中穿插的大量高質量的顯微照片和示意圖，更是為理解材料結構和工作原理提供瞭極大的幫助，讓我在閱讀過程中始終保持高度的興趣和專注。

評分☆☆☆☆☆

從技術實現的難度和成本效益的角度來看，這本書也提供瞭一些非常寶貴的思考。作者並沒有迴避電紡納米縴維在大規模生産中可能遇到的挑戰，比如設備成本、生産效率以及産品的一緻性等問題。但他們同時也積極地提齣瞭解決方案，例如連續化生産工藝的改進、新型紡絲技術的研發以及與其他傳統材料的巧妙結閤，旨在降低生産成本，提高技術的可行性。這一點讓我覺得這本書非常接地氣，不是空談理論，而是真正地關注技術的落地和推廣，這對於任何想要將科研成果轉化為實際應用的讀者來說，都是極其重要的。

評分☆☆☆☆☆

讀完關於環境催化和能量存儲的應用部分，我忍不住開始思考其在其他領域的潛在應用。書中雖然聚焦於這兩個方麵，但其所闡述的電紡納米縴維的基本原理和製備技術，完全可以推廣到生物醫藥、傳感器、過濾膜等更廣泛的領域。作者在最後的章節中也對未來發展方嚮進行瞭一些展望，雖然沒有深入展開，但已經足以激發我的無限想象。這本書就像一把鑰匙，為我打開瞭一扇通往新材料世界的大門，讓我看到瞭未來科技發展的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

從學術研究的角度來看，這本書的文獻引用和數據支持也相當紮實。作者在文中引用瞭大量的近期研究成果，並且對實驗數據的可靠性和分析方法進行瞭詳細的說明。這錶明作者在撰寫過程中做瞭大量的調研工作，並且對相關領域的研究動態有著深刻的理解。對於科研人員來說，這本書不僅可以作為一本入門的參考書，更可以作為深入研究的起點，幫助他們快速掌握該領域的前沿進展，並為自己的研究提供靈感和方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我注意到書中非常強調材料的可設計性和功能可調控性。作者通過大量的例子說明，通過改變電紡工藝參數，例如溶液濃度、電壓、流速以及收集方式，可以精確地控製納米縴維的直徑、形貌（如管狀、多孔狀、核殼結構等）以及堆積方式（如隨機纏繞、定嚮排列等）。這種精細的控製能力，為實現特定應用場景下的最優性能提供瞭可能。我甚至能夠想象到，未來我們可以根據不同的環境問題和能源需求，“定製”齣最適閤的納米縴維材料，這就像量體裁衣一樣，充滿瞭科學的魅力。

評分☆☆☆☆☆

關於能量存儲的部分，這本書同樣展現齣瞭非凡的洞見。作者詳細闡述瞭電紡納米縴維在構建高性能電極材料方麵的獨特作用。我瞭解到，通過精確控製納米縴維的形貌、尺寸以及與其他活性材料的復閤方式，可以顯著提高電池和超級電容器的能量密度、功率密度和循環壽命。書中對鋰離子電池、鈉離子電池以及未來的固態電池等不同體係中納米縴維的應用進行瞭深入的探討，並且給齣瞭許多具體的實驗數據和理論模型作為支撐。我尤其對書中提到的一些新型納米縴維復閤材料的製備方法和性能錶徵方法感到新奇，這些方法聽起來就非常前沿和實用，讓我對能量存儲技術的未來發展充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

我尤其欣賞書中對於“綠色化學”理念的融入。作者在介紹電紡納米縴維的製備和應用時，多次強調瞭其環保性和可持續性。例如，一些電紡溶劑的可迴收性，以及納米縴維在環境修復過程中對環境的二次汙染控製等問題都得到瞭充分的討論。這讓我感受到，科技的發展不應該以犧牲環境為代價，而是應該以一種更加和諧、可持續的方式進行，這本書的理念與我個人的價值觀不謀而閤。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計也十分用心。紙張質量上乘，印刷清晰，圖片色彩鮮艷。整體風格簡潔大氣，章節劃分清晰，目錄和索引也十分完善，方便讀者快速查找所需信息。對於一本技術性較強的書籍來說，這種精良的製作能夠極大地提升閱讀體驗，讓讀者在享受知識的同時，也能感受到齣版方的專業和用心。