The nitrogen doped porous carbon nanopolyhedrons (N-PCNPs)-multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) hybrid materials were prepared for the first time. Combining the excellent catalytic activities, good electrical conductivities and high surface areas of N-PCNPs and MWCNTs, the simultaneous determination of hydroquinone (HQ), catechol (CC) and resorcinol (RE) with good analytical performance was achieved at the N-PCNPs-MWCNTs modified electrode. The linear response ranges for HQ, CC and RE are 0.2-455 ${\mu}M$, 0.7-440 ${\mu}M$ and 3.0-365 ${\mu}M$, respectively, and the detection limits (S/N = 3) are $0.03{\mu}M$, $0.11{\mu}M$ and $0.38{\mu}M$, respectively. These results are much better than that obtained on some graphene or CNTs-based materials modified electrodes. Furthermore, the developed sensor was successfully applied to simultaneously detect HQ, CC and RE in the local river water samples.
In this study, we evaluated the treatment efficiency of livestock wastewater by altering the current density using boron-doped diamond (BDD) electrodes. As the current density was adjusted from 10 to 35 mA/cm2, the removal efficiency of organic matter increased from 22.2 to 71.5%. Similar to that of organic matter, the removal efficiency of color increased with increasing current density up to 85.7%, indicating a higher removal efficiency for color than that of organic matter. The removal efficiency of ammonia nitrogen increased from 14.6 to 53.3% as the current density increased, but it was lower than that of organic matter. In addition, the removal of organic matter, color, and ammonia nitrogen followed first-order reactions, according to the reaction rate analysis. The energy consumption ranged from 4.87 to 8.33 kWh/kg COD, and it was found that the organic matter removal efficiency was more efficient at high current densities. Based on various analyses, the optimal current density was 20 mA/cm2, and the corresponding energy consumption was 6.824 kWh/kg COD.
Chang, Hyeong-Seok;Hwang, Ahreum;Lee, Byoung-Min;Yun, Je Moon;Choi, Jae-Hak
Korean Journal of Materials Research
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v.31
no.9
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pp.502-510
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2021
Hierarchically porous carbon materials with high nitrogen functionalities are extensively studied as high-performance supercapacitor electrode materials. In this study, nitrogen-doped porous carbon textile (N-PCT) with hierarchical pore structures is prepared as an electrode material for supercapacitors from a waste cotton T-shirt (WCT). Porous carbon textile (PCT) is first prepared from WCT by two-step heat treatment of stabilization and carbonization. The PCT is then nitrogen-doped with urea at various concentrations. The obtained N-PCT is found to have multi-modal pore structures with a high specific surface area of 1,299 m2 g-1 and large total pore volume of 1.01 cm3 g-1. The N-PCT-based electrode shows excellent electrochemical performance in a 3-electrode system, such as a specific capacitance of 235 F g-1 at 1 A g-1, excellent cycling stability of 100 % at 5 A g-1 after 1,000 cycles, and a power density of 2,500 W kg-1 at an energy density of 3.593 Wh kg-1. Thus, the prepared N-PCT can be used as an electrode material for supercapacitors.
Ramirez-Gonzalez, Daniel;Cruz-Rivera, Jose de J.;Tiznado, Hugo;Rodriguez, Angel G.;Guillen-Escamilla, Ivan;Zamudio-Ojeda, Adalberto
Advances in nano research
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v.9
no.1
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pp.25-32
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2020
In this work, we report the use of caffeine as an alternative source of nitrogen to successfully dope graphene (quaternary 400.6 eV and pyridinic at 398 eV according XPS), as well as the growth of silver nanowires (in-situ) in the surface of nitrogen doped graphene (NG) sheets. We used the improved graphene oxide method (IGO), chemical reduction of graphene oxide (GOx), and impregnation with caffeine as source of nitrogen for doping and subsequently, silver nanowires (NW) grow in the surface by the reduction of silver salts in the presence of NG, achieving a numerous of growth of NW in the graphene sheets. As supporting experimental evidence, the samples were analyzed using conventional characterization techniques: SEM-EDX, XRD, FT-IR, micro RAMAN, TEM, and XPS.
Kang, Hong-Seong;Lim, Sung-Hoon;Chang, Hyun-Woo;Kim, Gun-Hee;Kim, Jong-Hoon;Lee, Sang-Yeol;Lee, Jung-Kun;Nastasi, Michael
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.11a
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pp.49-50
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2005
Nitrogen and phosphorus ions were implanted into ZnO thin film fabricated by pulsed laser deposition. ion implanted ZnO thin films were annealed from $700^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$ using rapid thermal annealing process. The electron concentration was changed form $10^{20}$ to $10^{18}/cm^3$. Effect of nitrogen and phosphorus in ZnO thin films was certified and the structural and optical properties of nitrogen and phosphorus doped ZnO thin films depending on concentration of nitrogen and phosphorus were investigated.
This paper introduces a nitrogen-doped ordered mesoporous carbon (NOMC) derived from glucosamine with hybrid capacitive behaviors, achieved by successfully combining electrical double-layer capacitance with pseudo-capacitance behaviors. The nitrogen doping content of the fabricated NOMC reached 7.4 at% while its specific surface area ($S_{BET}$) and total pore volume reached $778m^2g^{-1}$ and $1.17cm^3g^{-1}$, respectively. A dual mesoporous structure with small mesopores centered at 3.6 nm and large mesopores centered at 9.9 nm was observed. The specific capacitance of the reported materials reached up to $328Fg^{-1}$, which was 2.1 times higher than that of pristine CMK-3. The capacitance retention rate was found to be higher than 87.9% after 1000 charge/discharge cycles. The supplementary pseudocapacitance as well as the enhanced wettability and conductivity due to the incorporation of nitrogen heteroatoms within the carbon matrixes were found to be responsible for the excellent capacitive performance of the reported NOMC materials.
Nitrogen이 도핑된 graphene에서의 hydrogen evolution에 대한 촉매효과에 대해서 연구를 진행하였다. Reaction free energy를 계산하기 위해서 많은 N-doped graphene 모델을 계산하였으며 pH 조건, silicon cathode의 영향 그리고 zero point energy의 효과를 고려하였다. Volcano plot에 의하면 "pyrol" like model과 N-doped armchair graphene model (aGNR-N1)이 좋은 촉매효과를 가짐을 밝혔다. 또한 free energy diagram을 통하여 "pyrol"과 "aGNR-N1"이 좋은 active site가 될 수 있음을 확인하였고 pH가 증가함에 따라 $H^+$의 에너지가 증가함에 따라 촉매 효과가 줄어듬을 확인하였다.
Seo, Hyeon-Jin;Jo, Sang-Jin;Lee, Jin-U;Jeon, So-Hyeon;Bu, Jin-Hyo
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.540-540
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2013
In this studying, we investigated the basic properties of N-doped plasma polymer. The N-doped ethylcyclohexane plasma polymer thin films were deposited by radio frequency (13.56 MHz) plasma-enhanced chemical vapor deposition method. Ethylcyclohexenewas used as organic precursor (carbon source) with hydrogen gas as the precursor bubbler gas. Additionally, ammonia gas [NH3] was used as nitrogen dopant. The as-grown polymerized thin films were analyzed using ellipsometry, Fourier-transform infrared [FT-IR] spectroscopy, Raman spectroscopy, FE-SEM, and water contact angle measurement. The ellipsometry results showed the refractive index change of the N-doped ethylcyclohexene plasma polymer film. The FT-IR spectrashowed that the N-doped ethylcyclohexene plasma polymer films were completely fragmented and polymerized from ethylcyclohexane.
Kim, Seong-Cheol;Whitten, James;Kumar, Jayant;Bruno, Ferdinando F.;Samuelson, Lynne A.
Macromolecular Research
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v.17
no.9
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pp.631-637
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2009
This study examined the unique self-doping behavior of carboxylated polyaniline (PCA). The self-doped PCA was synthesized using an environmentally benign enzymatic polymerization method with cationic surfactants. XPS showed that HCl-doped PCA contained approximately 34% of protonated amines but self-doped PCA contained 9.6% of the doped form of nitrogen at pH 4. FTIR and elemental analysis showed that although the PCA was doped with the proton of strong acids at low pH via the protonation of amines, the self-doping mechanism of PCA at pH > 4 was mainly due to hydrogen bonding between the carboxylic acid group and amine group.
In situ nitrogen doped hard carbon nanotubes (NHCNT) were fabricated by pyrolyzing tubular nitrogen doped conjugated microporous polymer. KOH activated NHCNT (K-NHCNT) were also prepared to improve their porous structure. XRD, SEM, TEM, EDS, XPS, Raman spectra, $N_2$ adsorption-desorption, galvanostatic charging-discharge, cyclic voltammetry and EIS were used to characterize the structure and performance of NHCNT and K-NHCNT. XRD and Raman spectra reveal K-NHCNT own a more disorder carbon. SEM indicate that the diameters of K-NHCNT are smaller than that of NHCNT. TEM and EDS further indicate that K-NHCNT are hollow carbon nanotubes with nitrogen uniformly distributed. $N_2$ adsorption-desorption analysis reveals that K-NHCNT have an ultra high specific surface area of $1787.37m^2g^{-1}$, which is much larger than that of NHCNT ($531.98m^2g^{-1}$). K-NHCNT delivers a high reversible capacity of $918mAh\;g^{-1}$ at $0.6A\;g^{-1}$. Even after 350 times cycling, the capacity of K-NHCNT cycled after 350 cycles at $0.6A\;g^{-1}$ is still as high as $591.6mAh\;g^{-1}$. Such outstanding electrochemical performance of the K-NHCNT are clearly attributed by its superior characters, which have great advantages over those commercial available carbon nanotubes ($200-450mAh\;g^{-1}$) not only for its desired electrochemical performance but also for its easily and scaling-up preparation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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