CN106409522A - 一种二氧化锰包覆空心碳球及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种制备二氧化锰包覆空心碳球的方法和应用。本发明先以二氧化硅为模板合成酚醛树脂，利用惰性气氛下高温煅烧，把二氧化硅表面的酚醛树脂转化为碳材料；接着进一步浸泡酸或碱溶液，除去二氧化硅得到空心碳球；最后利用碳与高锰酸钾之间发生氧化还原反应，在碳表面包覆了一层二氧化锰。本发明操作简单，所合成的材料形貌规整、大小均一、比表面积较大，有利于离子的传输，可用于超级电容器。
Description
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种二氧化锰包覆空心碳球及其制备方法和应用。
背景技术
伴随着人口的急剧增长和社会经济的快速发展，资源和能源日渐枯竭，生态环境日益恶化，为满足消费者的使用需求和环保要求，人们对动力电源***提出了以下要求:性能优良、寿命长、价格低廉、应用范围广泛等。
超级电容器不仅具有比电池更高的功率密度，而且具有比普通物理电容器更高的能量密度和比电容量，其中MnO2成本较低、毒性低、对环境安全，备受关注。
MnO2的电容主要来自于赝电容，赝电容来源于氧化还原反应；MnO2的结晶度、晶体结构、形貌、电极层厚度、表面积、孔结构和化学环境都有可能影响它的赝电容。目前，如何解决MnO2电极材料的溶解问题、低比表面和低导电性、低离子传导能力成为其能否应用的关键。
迄今为止，许多研究者对二氧化锰电极的工作机理进行深入的研究，通过不同的方法合成出形貌各异的二氧化锰，主要方法有：水热法‘声化学法’溶胶凝胶法‘模板法等。尽管如此，二氧化锰的的容量改善仍有待提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种二氧化锰包覆空心碳球的制备方法。
本发明的目的之二是提供了用所述方法制得二氧化锰包覆空心碳球在超级电容中的应用。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，包括以下步骤：
(1)酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球的制备：先将正硅酸乙酯加入到混合溶剂中搅拌，再依次加入间苯二酚和甲醛溶液；接着将反应物转入反应釜中置于烘箱中烘烤，最后离心、洗涤、干燥后得到所述酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球；其中所述混合溶剂为氨水、乙醇和水的混合溶夜；
(2)碳包覆二氧化硅材料的制备：将步骤(1)中制得的酚醛树脂包覆的二氧化硅纳米球置于管式炉中，在氮气或氩气氛围下先加热后保温，得到所述碳包覆二氧化硅材料；
(3)空心碳球的制备：将步骤(2)中制得的碳包覆包覆二氧化硅材料用氢氟酸溶剂浸泡，然后取出离心、洗涤、干燥后制得空心碳球，期间多次更换氢氟酸溶剂；本发明先在二氧化硅表面包覆酚醛树脂，后高温碳化，酸或碱溶剂浸泡洗除去二氧化硅得到空心碳球。
(4)二氧化锰包覆空心碳球的制备：将步骤(3)中制得的空心碳球材料分散在水中，然后转入圆底烧瓶，加入高锰酸钾溶液，加热到60℃～100℃，并保持该温度1～6小时；最后过滤、洗涤、干燥得到所述二氧化锰包覆空心碳球。
较佳地，步骤(1)中按照体积比计算，氨水:水:乙醇为1:3～4:20～30，其中氨水的体积浓度为20％～30％。
较佳地，步骤(1)中先将正硅酸乙酯加入混合溶剂中搅拌，再依次加入间苯二酚20～40分钟后，接着加入甲醛溶液，继续搅拌20～25小时，得到酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球。
较佳地，步骤(1)中所述烘箱温度为80℃～110℃，烘烤时间为20～25小时。
较佳地，步骤(2)中在氮气或氩气氛围下先加热后保温，所述加热到500℃～900℃时保温，其中加热速率为1℃/Min～10℃/Min；控制加热升温速率可以保持碳球完整的结构和形貌。
较佳地，步骤(3)中酸或碱溶液为盐酸、硝酸、氢氟酸、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种，其中氢氟酸的浓度为0.1～2mol/L。
较佳地，步骤(4)中所述高锰酸钾的浓度为0.1～0.25mol/L。
一种电极材料，由如下方法制备而得：按照质量比计算，将聚偏氟乙烯:导电炭黑:二氧化锰包覆空心碳球按照1:1～3:1.5～8的比例混合，制备悬桨，涂在不锈钢网，真空干燥，制得电池正极；其中所述二氧化锰包覆空心碳球为上述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法制得。
一种超级电容，包含上述电极材料。
本发明合成简单、成本低廉。采用二氧化硅为模板，合成出大小均匀、形貌规则的二氧化锰包覆的空心碳球材料，空心碳球不仅可以支撑二氧化锰、传输电子的作用，而且还增加了二氧化锰的表面积，从而表现出较好的电化学性能。同事空心碳材料易于合成、大小均一、形貌易于控制，尤其是具有较大的比表面积和多孔性。通过化学方法，在反应中碳既作为还原剂与高锰酸钾反应生成二氧化锰，又可以作为反应产物二氧化锰沉积的模板。使得合成出的二氧化锰包覆的空心碳具有完整均一，形貌可控的结构。
综上所述，二氧化锰包覆的空心碳球可以有效提高二氧化锰的比表面积，优于传统二氧化锰和碳的简单机械复合，可以提高二氧化锰的容量，进而推动其在超级电容器中的应用。
附图说明
图1为70毫升乙醇和水的混合溶剂制备的空心碳球的扫描电镜图。
图2为经过高温碳化，酸洗之后所得二氧化锰包覆的空心碳材料扫描电镜图。
图3为70毫升乙醇和水的混合溶剂制备的空心碳球的XRD粉末衍射图。
图4为经过高温碳化，酸洗之后所得二氧化锰包覆的空心碳材料的XRD粉末图。
图5为70毫升乙醇和水条件下的制备的二氧化锰包覆的空心碳材料在不同扫速下(20、40、60、10mv/s)的循环伏安图。
具体的实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本发明。
实施例1
二氧化锰包覆的空心碳球材料的制备方法，包括如下制备步骤：
酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球的制备：将2.8毫升正硅酸乙酯溶解在70毫升乙醇，10毫升水，3毫升浓度为28％的氨水中，搅拌3个小时，加入间苯二酚，半个小时后，加入甲醛，继续搅拌24个小时。将反应物转入反应釜，置于100℃烘箱中24个小时。反应结束，离心、洗涤、干燥。
空心碳球材料制备：将酚醛树脂包覆的二氧化硅置于管式炉中，在氮气氛围下以每分钟5℃的升温速率将温度从室温升至750℃，保持2个小时，待降温结束，将灼烧产物浸泡在1mol/L的氢氟酸溶液中，期间换溶液数次，离心、洗涤、干燥。
二氧化锰包覆的空心碳球材料的制备：将90毫克空心碳球材料分散在150毫升去离子水中，加入高锰酸钾溶液540毫升(体积浓度为0.2mol/L)，搅拌10分钟，升温至70℃，维持恒温1个小时，过滤、洗涤、干燥；制得二氧化锰包覆的空心碳球材料。
一种电极材料，由如下方法制备而得：按照质量比计算，将二氧化锰包覆的空心碳球材料：导电炭黑：PVDF(聚偏氟乙烯)按照7:2:1的比例混合，制备悬桨，涂在不锈钢网，真空干燥，制得电池正极；其中所述二氧化锰包覆空心碳球为上述方法制得。
实施例2
二氧化锰包覆的空心碳球材料，包括如下制备步骤：
酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球的制备：将2.8毫升正硅酸乙酯溶解在90毫升乙醇，12毫升水，3毫升浓度为20％的氨水中，搅拌5个小时，加入间苯二酚，20分钟后，加入甲醛，继续搅拌20个小时。将反应物转入反应釜，置于80℃烘箱中20个小时。反应结束，离心、洗涤、干燥。
空心碳球材料制备：将酚醛树脂包覆的二氧化硅置于管式炉中，在氮气氛围下，以每分钟1℃的升温速率将温度从室温升至900℃，保持1个小时，待降温结束，将灼烧产物浸泡在0.1mol/L的氢氟酸溶液中，期间换溶液数次，离心、洗涤、干燥。
二氧化锰包覆的空心碳球材料的制备：将90毫克空心碳球材料分散在150毫升去离子水中，加入高锰酸钾溶液580毫升(体积浓度为0.2mol/L)，搅拌8分钟，升温至60℃，维持恒温6个小时，过滤、洗涤、干燥；制得二氧化锰包覆的空心碳球材料。
一种电极材料，由同实施例1中所述的方法制备而得，其中二氧化锰包覆的空心碳球材料：导电炭黑：PVDF(聚偏氟乙烯)为5:3:2。最后压片、切片、在真空手套箱中组装电池，进行电化学测试。
实施例3
二氧化锰包覆的空心碳球材料，包括如下制备步骤：
酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球的制备：将2.8毫升正硅酸乙酯溶解在60毫升乙醇，9毫升水，11毫升浓度为30％的氨水中，搅拌8个小时，加入间苯二酚，40分钟后，加入甲醛，继续搅拌25个小时。将反应物转入反应釜，置于110℃烘箱中25个小时。反应结束，离心、洗涤、干燥。
空心碳球材料制备：将酚醛树脂包覆的二氧化硅置于管式炉中，在氮气氛围下，以每分钟10℃的升温速率将温度从室温升至500℃，保持3个小时，待降温结束，将灼烧产物浸泡在2mol/L的氢氟酸溶液中，期间换溶液数次，离心、洗涤、干燥。
二氧化锰包覆的空心碳球材料的制备：将90毫克空心碳球材料分散在150毫升去离子水中，加入高锰酸钾溶液450毫升(体积浓度为0.25mol/L)，搅拌15分钟，升温至100℃，维持恒温3个小时，过滤、洗涤、干燥；制得二氧化锰包覆的空心碳球材料。
一种电极材料，由同实施例1中所述的方法制备而得，其中二氧化锰包覆的空心碳球材料：导电炭黑：PVDF(聚偏氟乙烯)为6:3:1。最后压片、切片、在真空手套箱中组装电池，进行电化学测试。
实施例4
二氧化锰包覆的空心碳球材料，包括如下制备备注：
酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球的制备：将2.8毫升正硅酸乙酯溶解在80毫升乙醇，11毫升水，3毫升浓度为25％的氨水中，搅拌2个小时，加入间苯二酚，35分钟后，加入甲醛，继续搅拌24个小时。将反应物转入反应釜，置于90℃烘箱中22个小时。反应结束，离心、洗涤、干燥。
空心碳球材料制备：将酚醛树脂包覆的二氧化硅置于管式炉中，在氮气氛围下，以每分钟4℃的升温速率将温度从室温升至800℃，保持4个小时，待降温结束，将灼烧产物浸泡在1.5mol/L的氢氟酸溶液中，期间换溶液数次，离心、洗涤、干燥。
二氧化锰包覆的空心碳球材料的制备：将90毫克空心碳球材料分散在150毫升去离子水中，加入高锰酸钾溶液630毫升(体积浓度为0.15mol/L)，搅拌12分钟，升温至80℃，维持恒温几个小时，过滤、洗涤、干燥；制得二氧化锰包覆的空心碳球材料。
一种电极材料，由同实施例1中所述的方法制备而得，其中二氧化锰包覆的空心碳球材料：导电炭黑：PVDF(聚偏氟乙烯)为8:1:1。最后压片、切片、在真空手套箱中组装电池，进行电化学测试。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
从图1中，我们可以看出合成的碳球大小均一、形貌规整；从图2中，我们可以看出二氧化锰包覆的空心碳球尺寸均一；从图3中，我们可以看出23℃，44℃附近是碳的特征峰；从图4中，我们可以看出23℃附近的峰归属于碳的特征峰，其余归属于二氧化锰的特征峰；从图5中，我们可以看出二氧化锰包覆的空心碳球电极材料循环伏安图矩形性比较好。
Claims (9)
1.一种制备二氧化锰包覆空心碳球的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球的制备：先将正硅酸乙酯加入到混合溶剂中搅拌，再依次加入间苯二酚和甲醛溶液；接着将反应物转入反应釜中置于烘箱中烘烤，最后离心、洗涤、干燥后得到所述酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球；其中所述混合溶剂为氨水、乙醇和水的混合溶夜；
(2)碳包覆二氧化硅材料的制备：将步骤(1)中制得的酚醛树脂包覆的二氧化硅纳米球置于管式炉中，在氮气或氩气氛围下先加热后保温，得到所述碳包覆二氧化硅材料；
(3)空心碳球的制备：将步骤(2)中制得的碳包覆二氧化硅材料用酸或碱溶剂浸泡，最后取出离心、洗涤、干燥后制得空心碳球，期间多次更换氢氟酸溶剂；
(4)二氧化锰包覆空心碳球的制备：将步骤(3)中制得的空心碳球材料分散在水中，然后转入圆底烧瓶，加入高锰酸钾溶液，加热到60℃～100℃，并保持该温度1～6小时；最后过滤、洗涤、干燥得到所述二氧化锰包覆空心碳球。
2.如权利要求2所述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中按照体积比计算，氨水:水:乙醇为1:3～4:20～30，其中氨水的体积浓度为20％～30％。
3.如权利要求2所述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中先将正硅酸乙酯加入混合溶剂中搅拌，再依次加入间苯二酚20～40分钟后，接着加入甲醛溶液，继续搅拌20～25小时，得到酚醛树脂包覆二氧化硅纳米球。
4.如权利要求2所述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述烘箱温度为80℃～110℃，烘烤时间为20～25小时。
5.如权利要求2所述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在氮气或氩气氛围下先加热后保温，所述加热到500℃～900℃时保温，其中加热速率为1℃/Min～10℃/Min。
6.如权利要求2所述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中酸或碱溶液为盐酸、硝酸、氢氟酸、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种氢氟酸的浓度为0.1～2mol/L。
7.如权利要求2所述二氧化锰包覆空心碳球的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述高锰酸钾的浓度为0.1～0.25mol/L。
8.一种电极材料，其特征在于，由如下方法制备而得：按照质量比计算，将聚偏氟乙烯:导电炭黑:二氧化锰包覆空心碳球按照1:1～3:1.5～8的比例混合，制备悬桨，涂在不锈钢网，真空干燥，制得电池正极；其中所述二氧化锰包覆空心碳球为权利要求1-7中任意一项所述的二氧化锰包覆空心碳球的制备方法制得。
9.一种超级电容，其特征在于，包含了权利要求8中所述电极材料。
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Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107256972A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-17 | 武汉理工大学 | 一种基于空心碳球模板生长多孔钴酸镍纳米片的方法 |
| CN107486132A (zh) * | 2017-09-01 | 2017-12-19 | 湖南明裕环保科技有限公司 | 一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法 |
| CN108039486A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-05-15 | 湖南工业大学 | 银耳状中空核壳结构五氧化二钒正极电极片及其扣式锂离子电池制备方法 |
| CN108110244A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-01 | 湖南工业大学 | 一种银耳状中空核壳结构五氧化二钒锂离子电池正极材料及其制备方法 |
| CN108123127A (zh) * | 2017-12-24 | 2018-06-05 | 林荣铨 | 一种五氧化二钒/石墨烯-空心碳球纳米复合材料及其制备方法 |
| CN108539163A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-14 | 齐鲁工业大学 | 一种介孔中空氮掺杂碳纳米球/二氧化锰锌离子电池正极材料的制备方法 |
| CN108840402A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-20 | 东莞理工学院 | 一种Ti/炭气凝胶/MnO2电极及其制备方法和应用 |
| CN108899217A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-11-27 | 湖南科技大学 | 一种内外镶嵌不同电活性物质的氮掺杂碳空心球、制备方法与应用 |
| CN108906074A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-30 | 江苏新沃催化剂有限公司 | 一种以碳球为模板的低温scr催化剂及其制备方法 |
| CN108987735A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-11 | 东华大学 | 一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料 |
| CN109574161A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-04-05 | 东莞理工学院 | 一种MnO2复合多孔炭材料电极及其在电容去离子脱盐中的应用 |
| CN109626355A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-16 | 燕山大学 | 原位氮掺杂空心碳球及其制备方法以及电极材料的制作方法及其应用 |
| CN109810269A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-28 | 厦门大学 | 一种蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球及其制备方法 |
| CN109841805A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 片状二氧化锰包覆的中空碳硫正极复合材料及制备和应用 |
| CN111017902A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-17 | 陕西师范大学 | 一种三维连续多孔碳材料的制备方法 |
| CN111477887A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-31 | 施克勤 | 一种Co3O4负载空心碳微球的复合氧还原催化剂及其制法 |
| CN111548573A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-18 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种纤维增强酚醛树脂复合材料空心球及其制备方法 |
| CN111952557A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-17 | 华南理工大学 | 一种空心碳球负载二氧化锰负极材料及其制备方法与应用 |
| CN112090395A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-18 | 华南农业大学 | 一种利用不同活化剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法 |
| CN112615014A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-06 | 中国科学技术大学 | 一种催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112850806A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-05-28 | 阳江市联邦金属化工有限公司 | 一种高纯度球形四氧化三钴的制备方法 |
| CN113096966A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-09 | 广德天运新技术股份有限公司 | 基于二氧化硅的高比容量超级电容器电极材料及制备方法 |
| CN113184826A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-30 | 北京理工大学 | 一种碳/金属氧化物复合空心纳米材料的制备 |
| CN113996289A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-01 | 国能龙源催化剂江苏有限公司 | 一种可用于低温烟气的空心碳球脱硝催化剂及其制备方法 |
| CN114420459A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-29 | 重庆文理学院 | 一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料及其制备方法 |
| CN115331976A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-11 | 贵州大学 | 过渡金属氧化物中空超结构电极材料的制备方法及其应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102295281A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-12-28 | 华东理工大学 | 一种以空心介孔硅球为模板制备分级多孔碳的方法 |
| CN103594254A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-02-19 | 华东理工大学 | 一种二氧化锰/介孔碳纳米分级复合电极材料的制备方法 |
| CN105217601A (zh) * | 2015-11-05 | 2016-01-06 | 北京工业大学 | 一种具有高比表面积的多孔空心碳球的制备方法 |
| CN105692590A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-06-22 | 南京理工大学 | 一种氮掺杂中空介孔核壳碳球的制备方法 |
-
2016
- 2016-10-10 CN CN201610884055.2A patent/CN106409522A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102295281A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-12-28 | 华东理工大学 | 一种以空心介孔硅球为模板制备分级多孔碳的方法 |
| CN103594254A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-02-19 | 华东理工大学 | 一种二氧化锰/介孔碳纳米分级复合电极材料的制备方法 |
| CN105217601A (zh) * | 2015-11-05 | 2016-01-06 | 北京工业大学 | 一种具有高比表面积的多孔空心碳球的制备方法 |
| CN105692590A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-06-22 | 南京理工大学 | 一种氮掺杂中空介孔核壳碳球的制备方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| BUYUAN GUAN 等: "A versatile cooperative template-directed coating method to construct uniform microporous carbon shells for multifunctional core-shell nanocomposites", 《NANOSCALE》 * |
| JI BONG JOO 等: "Simple preparation of hollow carbon sphere via templating method", 《CURRENT APPLIED PHYSICS》 * |
| LEI LI 等: "MnO2 Nanosheets Grown on Nitrogen-Doped Hollow Carbon Shells as a High-Performance Electrode for Asymmetric Supercapacitors", 《CHEMISTRY》 * |
| WERNER STOBER 等: "Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 * |
| ZANG JUN 等: "The synthesis of a core–shell MnO23D-ordered hollow carbon sphere composite and its superior electrochemical capability for lithium ion batteries", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
Cited By (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107256972A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-17 | 武汉理工大学 | 一种基于空心碳球模板生长多孔钴酸镍纳米片的方法 |
| CN107486132A (zh) * | 2017-09-01 | 2017-12-19 | 湖南明裕环保科技有限公司 | 一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法 |
| CN109841805A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 片状二氧化锰包覆的中空碳硫正极复合材料及制备和应用 |
| CN108039486A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-05-15 | 湖南工业大学 | 银耳状中空核壳结构五氧化二钒正极电极片及其扣式锂离子电池制备方法 |
| CN108110244A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-01 | 湖南工业大学 | 一种银耳状中空核壳结构五氧化二钒锂离子电池正极材料及其制备方法 |
| CN108123127A (zh) * | 2017-12-24 | 2018-06-05 | 林荣铨 | 一种五氧化二钒/石墨烯-空心碳球纳米复合材料及其制备方法 |
| CN108840402A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-20 | 东莞理工学院 | 一种Ti/炭气凝胶/MnO2电极及其制备方法和应用 |
| CN108840402B (zh) * | 2018-03-30 | 2021-08-31 | 东莞理工学院 | 一种Ti/炭气凝胶/MnO2电极及其制备方法和应用 |
| CN108539163A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-14 | 齐鲁工业大学 | 一种介孔中空氮掺杂碳纳米球/二氧化锰锌离子电池正极材料的制备方法 |
| CN108899217A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-11-27 | 湖南科技大学 | 一种内外镶嵌不同电活性物质的氮掺杂碳空心球、制备方法与应用 |
| CN108906074A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-30 | 江苏新沃催化剂有限公司 | 一种以碳球为模板的低温scr催化剂及其制备方法 |
| CN108987735A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-11 | 东华大学 | 一种多孔空心碳球负载一硫化锡纳米量子点复合电极材料 |
| CN109810269A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-28 | 厦门大学 | 一种蛋黄-壳结构的碳球@聚苯胺复合微球及其制备方法 |
| CN109626355A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-16 | 燕山大学 | 原位氮掺杂空心碳球及其制备方法以及电极材料的制作方法及其应用 |
| CN109574161A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-04-05 | 东莞理工学院 | 一种MnO2复合多孔炭材料电极及其在电容去离子脱盐中的应用 |
| CN111017902A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-17 | 陕西师范大学 | 一种三维连续多孔碳材料的制备方法 |
| CN111548573B (zh) * | 2020-05-09 | 2023-04-07 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种纤维增强酚醛树脂复合材料空心球及其制备方法 |
| CN111548573A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-18 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种纤维增强酚醛树脂复合材料空心球及其制备方法 |
| CN111477887A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-31 | 施克勤 | 一种Co3O4负载空心碳微球的复合氧还原催化剂及其制法 |
| CN111952557A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-11-17 | 华南理工大学 | 一种空心碳球负载二氧化锰负极材料及其制备方法与应用 |
| CN112090395A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-18 | 华南农业大学 | 一种利用不同活化剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法 |
| CN112090395B (zh) * | 2020-08-07 | 2021-12-14 | 华南农业大学 | 一种利用不同活化剂制备具有超高染料吸附性能碳笼的方法 |
| CN112615014A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-06 | 中国科学技术大学 | 一种催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112850806A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-05-28 | 阳江市联邦金属化工有限公司 | 一种高纯度球形四氧化三钴的制备方法 |
| CN112850806B (zh) * | 2021-02-07 | 2023-04-11 | 科立鑫(阳江)新能源有限公司 | 一种高纯度球形四氧化三钴的制备方法 |
| CN113184826A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-30 | 北京理工大学 | 一种碳/金属氧化物复合空心纳米材料的制备 |
| CN113096966A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-09 | 广德天运新技术股份有限公司 | 基于二氧化硅的高比容量超级电容器电极材料及制备方法 |
| CN113996289A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-01 | 国能龙源催化剂江苏有限公司 | 一种可用于低温烟气的空心碳球脱硝催化剂及其制备方法 |
| CN113996289B (zh) * | 2021-11-12 | 2023-08-18 | 国能龙源催化剂江苏有限公司 | 一种可用于低温烟气的空心碳球脱硝催化剂及其制备方法 |
| CN114420459A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-29 | 重庆文理学院 | 一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料及其制备方法 |
| CN115331976A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-11 | 贵州大学 | 过渡金属氧化物中空超结构电极材料的制备方法及其应用 |
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