氮化碳材料的光谱学分析及光催化性能研究

为克服光催化材料可见光利用效率低的缺陷, 通过三聚氰胺高温缩聚的方法合成了石墨型氮化碳(g-C3N4)材料。采用XRD, SEM, UV-Vis技术对氮化碳材料的微观结构和光学性能进行了表征, 并通过降解罗丹明B溶液研究了缩聚温度和不同光源对光催化效率的影响。结果表明, 合成的氮化碳层片状结构保存良好, 尽管材料表面在高温下断裂形成了不规则的块体颗粒;随着煅烧温度的升高, 催化剂在紫外光和可见光部分的吸收都显著增强, 这可能是由于材料表面的岩石状块体颗粒提高了材料的比表面积, 同时降低了光的反射又提高了对光的吸收。在罗丹明B的光降解测试中, 催化剂在可见光和太阳光照射下均表现出了良好的催化效果, 缩聚温度为580 ℃时效果最好, 分别为94.8%(60 min)和91.1%(90 min)。该方法制备的石墨型氮化碳催化剂对利用清洁能源进行环境净化应用具有极大的潜在价值。     

氮化碳材料的光谱学分析及光催化性能研究

为克服光催化材料可见光利用效率低的缺陷,通过三聚氰胺高温缩聚的方法合成了石墨型氮化碳(g-C₃N₄)材料。采用XRD,SEM,UV-Vis技术对氮化碳材料的微观结构和光学性能进行了表征,并通过降解罗丹明B溶液研究了缩聚温度和不同光源对光催化效率的影响。结果表明,合成的氮化碳层片状结构保存良好,尽管材料表面在高温下断裂形成了不规则的块体颗粒;随着煅烧温度的升高,催化剂在紫外光和可见光部分的吸收都显著增强,这可能是由于材料表面的岩石状块体颗粒提高了材料的比表面积,同时降低了光的反射又提高了对光的吸收。在罗丹明B的光降解测试中,催化剂在可见光和太阳光照射下均表现出了良好的催化效果,缩聚温度为580 ℃时效果最好,分别为94.8%(60 min)和91.1%(90 min)。该方法制备的石墨型氮化碳催化剂对利用清洁能源进行环境净化应用具有极大的潜在价值。     

氰基和氧改性的g-C3N4吸附氧气的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论模拟研究了氰基和氧改性的单层石墨相氮化碳（g-C3N4）结构模型、禁带宽度和态密度,以及氧气在其表面上的吸附行为。基于三种结构的态密度,讨论了其与禁带宽度变化的关系。基于氧气在g-C3N4、氰基改性g-C3N4和氧掺杂g-C3N4的吸附能和吸附后O-O键长,系统分析了氧气在其表面上的吸附行为。     

掺杂质子化石墨相氮化碳增强碳基太阳能电池中钙钛矿的结晶

钙钛矿层的品质极大影响钙钛矿太阳能电池性能. 然而,在溶液法生成多晶钙钛矿膜过程中会不可避免地形成缺陷和陷阱位. 通过在钙钛矿层中嵌入添加物改善钙钛矿晶化,用于减少和钝化缺陷是非常重要的. 本文合成一种环境友好的二维纳米材料质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄),并掺杂于碳基钙太阳能电池的钙钛矿层中. 实验证明,在钙钛矿前驱体溶液中添加p-g-C₃N₄不仅能调解碘铅甲胺(MAPbI₃)结晶的成核和生长速率,获得大晶粒尺寸的平滑表面,还能减少钙钛矿层的本征缺陷. 质子化过程在氮化碳表面引入活性基团-NH₂/-NH₃,它们和钙钛矿晶体表面N-H键发生强化学作用,有效地钝化电子陷阱,提高钙钛矿结晶质量. 结果表明,与不掺杂的对照电池(效率为4.48%)和掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)电池(效率为5.93%)相比,掺杂质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄)的电池获得了6.61%的较高效率. 本工作展示了一种通过掺杂改性添加物改善钙钛矿膜的简单方法,为碳基钙钛矿太阳能电池的低成本制备提供了建议.     

机械球磨对石墨结构的影响

对石墨进行了150h机械球磨,发现石墨原有的晶体结构被破坏,引入各种晶格缺陷的同时,生成了巴基洋葱、三脚架形碳纳米结构和纳米弓形等具有高度弯曲石墨面的碳纳米结构材料.还研究了其结构特征,并讨论了其形成机理 关键词：     

保护介质对爆轰固相产物生成的影响

 通过爆轰合成超细金刚石实验，对装药在不同环境下引爆后得到的固相碳产物进行比较分析，研究不同介质如氮气、水、冰、遇热分解的盐等对爆轰产物中固相碳形成的影响，同时提出用石墨化程度来比较这种影响。结果显示，介质对爆轰产物中固相碳的石墨化和超细金刚石的保护有着重要的作用。几种介质中水的保护效果较好。     

低压等离子体增强化学汽相沉积法制备立方氮化碳薄膜

用低压等离子体增强化学汽相沉积法和氮化硅中间过渡层的方法，在硅片和玻璃上，制备了立方氮化碳薄膜.用光电子能谱测试了其成分和结合能，薄膜含氮量为42.96%.C1s和N1s的结合能分别为285.01和398.60eV.透射电子显微镜研究表明，制备的氮化碳属于体心立方结构，根据衍射花样，计算的晶格常量a为0.536nm，这与理论预言的结果a为0.53973nm很接近.随着沉积的时间增长，还观测到了氮化碳薄膜的菊池花样.在玻璃上沉积的氮化碳薄膜在可见光和近红外区域是透明的，在400nm处有光吸收. 关键词：     

多壁碳纳米管的爆轰改性

为研究爆轰反应对多壁碳纳米管(MWCNTs)形貌与物相的影响,将按一定质量配比制备的MWCNTs混合炸药在密闭的反应釜内引爆,并利用透射电镜和X射线衍射仪对爆轰前、后MWCNTs的形貌与物相分别进行了表征。结果发现:MWCNTs的质量分数在30%~40%时,混合炸药能够顺利起爆,并可收集到大量的样品;爆轰反应后,MWCNTs的形貌与物相发生了巨大变化,由管状结构变成以碳片、碳棒、碳球为主的结构,并有明显的团聚现象;有少量MWCNTs依附于碳片等结构边缘;样品以不定型碳为主,其石墨化程度远低于初始MWCNTs,并随着MWCNTs质量比的增大,样品的石墨化程度增大。     

空心阴极放电沉积氮化碳薄膜的结构和成键性质

利用空心阴极放电等离子体源在Si(100)衬底上沉积了氮化碳薄膜.用XRD,SEM,XPS及拉曼和红外吸收光谱对薄膜的结构、成分和化学键等进行了研究.XRD分析表明,制备的氮化碳薄膜为非晶结构.XPS分析证实了薄膜中以C—C,sp2CN和sp3CN键为主,并得出薄膜中的氮碳比为0.71,而sp3—CN相的含量也达到了0.39.拉曼和红外吸收光谱的结果也与XPS分析的键态结果一致.     

超纳米金刚石薄膜结构相变的第一原理分子动力学研究

纳米金刚石薄膜的结构相变非常复杂,对稳定性和物理性质又尤为重要。本文用第一性原理分子动力学模拟研究了超纳米金刚石薄膜的结构相变和表面重构。研究发现,纳米金刚石的表面碳团簇通过断开（111）面的σ键,形成具有碳六元环结构的石墨碎片;内部原子sp3杂化向sp2杂化转化的发生是从（111）面上成对C原子向石墨相转化时形成π键的过程中获得了能量,驱动石墨的转变由表层向心部逐渐进行。转变过程中存在一种洋葱状富勒烯和金刚石结构共存的过渡相——Bucky-diamond,表面悬空键的消除和表层的富勒烯外壳最大限度地降低了表面能和系统总能量,Bucky-Diamond结构稳定存在。     

用RAMAN光谱研究碳纤维皮芯结构随热处理温度的演变规律

用Raman光谱研究碳纤维经不同温度热处理后其皮芯结构的演变规律。结果发现：随着热处理温度的提高,碳纤维表面和内部的Raman光谱具有相似的变化趋势。同时,表征碳纤维表面和内部石墨化程度的R_s与 R_c值均越来越小,且R_s值减小得更快,说明碳纤维的石墨化程度越来越高,并且表面的石墨化程度提高的更快,这是因为碳纤维表面和内部的碳有着不同的石墨化物性。前者接近于软碳,易于石墨化;后者接 近于硬碳,难于石墨化,可能是树脂碳。文章提出并采用皮芯结构因子R_sc(＝R_s/R_c)来表征了碳纤维的皮芯结构程度。当R_sc等于1时,碳纤维是完全均质的。随着热处理温度的升 高,碳纤维的R_sc趋向于零,说明其皮芯结构越来越严重。碳纤维的皮芯结构加重是最终导致其抗拉强度不断降低的原因之一。     

基于氮化碳量子点和金纳米簇的尿液中胰蛋白酶高灵敏度荧光检测研究

胰蛋白酶生产障碍会阻碍消化过程,在胰腺组织以外产生胰蛋白酶可能涉及癌症过程。胰蛋白酶明显增高可能表明胰腺炎或者慢性肾功能衰竭等病症的发生,它的含量与生命活动息息相关,简单并及时监测胰蛋白酶含量对疾病的诊断具有重要的参考价值。因此,该研究构建氮化碳量子点和金纳米簇（CNQDs和AuNCs）的复合纳米探针检测尿液中胰蛋白酶含量。通过煅烧三聚氰胺获得氮化碳粉末,并将氮化碳粉末作为原材料通过溶剂热法合成了发射峰在440 nm的类石墨相氮化碳量子点（CNQDs）。牛血清蛋白（BSA）和CNQDs两者同时作为还原剂和稳定剂合成了金纳米簇（AuNCs）,且AuNCs吸附在氮化碳量子点表面形成具有双发射性质的CNQD-AuNCs复合荧光纳米材料,发射波长分别为440 nm（CNQD的发射波长）和650 nm（AuNC的发射波长）。由于胰蛋白酶能特异性的水解CNQD-AuNCs中的牛血清蛋白,导致牛血清蛋白结构被破坏,从而破坏AuNCs稳定的结构,使得其沉淀聚集,引起荧光猝灭。由于AuNCs产生的650 nm处的荧光被猝灭,而CNQDs产生的440 nm处的荧光不受影响,CNQD-AuNCs复合荧光纳米探针产生比率型荧光信号响应。利用比率型荧光信号的变化情况,可实现胰蛋白酶的定量检测。CNQD-AuNCs探针在650 nm处的荧光强度随着胰蛋白酶浓度的增加而逐渐下降,而440 nm处的荧光强度保持不变。胰蛋白酶在一定浓度下（10～400 ng·mL-1）与荧光强度比值（I₆₅₀/I₄₄₀）呈良好的线性关系,建立的线性方程为y=2.471-0.004x[y为荧光强度比值（I₆₅₀/I₄₄₀）,x为胰蛋白酶的浓度（ng·mL-1）],相关系数（R2）高达0.997 6,检测限为1.5 ng·mL-1（3倍信噪比）。利用建立的荧光法检测尿液中胰蛋白酶（实际含量分别为50,100和150 ng·mL-1）,检测得到的平均含量分别为52.41,103.25和154.39 ng·mL-1。尿液中胰蛋白酶的回收率和相对标准偏差范围分别为102.93%～104.82%和3.57%～4.16%。结果表明,利用荧光强度比值（I₆₅₀/I₄₄₀）作为胰蛋白酶定量检测的信号,能够校正外界影响因素的干扰,克服单一荧光信号易受光漂白、探针浓度、激发光强度以及光程等外界因素的影响的缺点。基于CNQD-AuNCs建立的比率型荧光分析方法能够实现尿液中胰蛋白酶的高灵敏度和高特异性检测,为实际样品中胰蛋白酶的检测提供科学依据。     

"点石成金?"--碳结构超高压物理力学

文章介绍了石墨和碳纳米管在超高压和／或纳米压痕下的层间sp^2-sp^3键转化、软硬相转换、纳米硬度等研究进展．通过量子力学和分子动力学建模分析研究，发现超高压下石墨和碳纳米管存在软相向硬相转变的双相机制，给出了超高压获取石墨和碳纳米管超硬相的条件．理论计算与实验结果吻合很好，并能合理地解释有关石墨和碳纳米管超高压实验中看似矛盾的各种实验现象．提出了碳结构超高压物理力学概念，可为超高压碳相关物质相变、物化性质调控提供理论方法．     

氮化碳薄膜的制备及研究现状

 氮化碳具有良好的物理、化学性质和广泛的应用前景。目前主要采用化学气相沉积法、离子束溅射法、激光等离子体沉积和激光烧蚀、离子镀、离子注入法等制备方法。文中对氮化碳的结构、性质、制备、性能表征以及研究现状进行了比较详细的介绍。     

银/碳点复合纳米粒子的构筑及其SERS研究

碳点(CDs)作为一种新型的量子点,具有优良的发光性质,生物相容性和低毒性,以及易于化学修饰与功能集成性等优点。在光催化,光电器件,环境检测和生物成像领域有着广泛的应用[1]。碳点经常被直接使用,但最近其复合纳米粒子的研究受到越来越多关注,尤其与金属纳米粒子的复合不仅能保持两者各自本体的性质,而且具有协同作用带来的新功能。本文主要介绍了碳点作为还原剂直接还原硝酸银合成具有核壳结构的银/碳点纳米粒子,使碳点的荧光得以猝灭,得到碳点的D band和G band本征拉曼峰。然后以对巯基苯胺(PATP)为探针分子,研究了此核壳纳米粒子在溶液中的SERS性能,结果表明合成的Ag/CDs核壳纳米粒子具有稳定性好,检测限低等优点。另外Ag/CDs还具有良好的催化性能,可催化氧化TMB与催化还原PNTP,我们用SERS技术监测了整个催化过程,得到了被催化分子的变化信息,为其SERS定量与定性分析提供理论依据,扩展了碳点在SERS以及光催化领域的发展。     

科学家通过激光脉冲照射获得碳元素第3种固体相态Q-碳

正美国科学家最近合成出一种不同于石墨和金刚石的固态碳元素新相态,并称其为Q-碳。他们还开发出一种技术,能在常温常压下利用Q-碳造出多种金刚石结构。一堆从0.02到0.04克拉的单粒钻石,总重5.36克拉(示意图)。Q-碳具有很不寻常的性质,比如它有铁磁性,而其他固态碳没有;它比金刚石还硬;在能量较低时就能燃烧。此外,它还能用于制造多种单晶金刚石材料。相态是同一元素的不同形式,如石墨和金刚石是碳的两种固体形式。论文第一作者、北卡罗莱纳州立大学材料科学与工程教授杰伊·纳拉扬说:"现在我们造出了碳的第3种固体相     

衬底温度对形成CNx薄膜的影响

在不同的衬底温度下用射频溅射方法制备了氮化碳薄膜。系统地研究了氮化碳薄膜的电子结构和光学随温度的变化规律。用富里叶变化红外光谱和Ｘ光电子能谱对其化学结构及成分进行了分析。用透射紫外－可见－近红外（ＵＶ）光谱对其光学性质进行了评价。结果表明：薄膜中最大氮原子逍度为０．４。芯能级Ｃｌｓ和Ｎｌｓ的结合能产生了４．４１－０．３ｅＶ的能移。     

β石墨炔衍生物结构稳定性及电子结构的密度泛函理论研究

石墨炔衍生物比石墨烯具有更多样化的原子结构,因而具有潜在的更丰富的电子结构.通过第一性原理密度泛函理论研究方法系统研究了β石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子结构.本文计算的β石墨炔衍生物系列体系由六边形碳环(各边原子数N=1—10)通过顶点相连而成.对结构与能量的计算分析表明:当N为偶数时,β石墨炔拥有单、三键交替的C—C键结构,其能量比N为奇数时,拥有连续C=C双键的石墨炔衍生物更稳定.计算的能带结构和态密度显示:根据碳环各边原子个数N的奇偶性不同,β石墨炔可呈现金属性(N为奇数时)或半导体特性(N为偶数时).该奇偶依赖的原子构型和电学性质是由Jahn-Teller畸变效应导致,与碳环各边原子碳链的实际长度无关.计算发现部分半导体β石墨炔(N=2,6,10)呈现狄拉克锥能带特征,其带隙约10 meV,且具有0.255×10~6—0.414×10~6m/s的高电子速度,约为石墨烯电子速度的30%—50%.本密度泛函理论研究表明,将sp杂化碳原子引入石墨烯六边形碳环的边上,可通过控制六边形各边原子个数的奇偶性调制其金属和半导体电子特性或狄拉克锥的形成,为免掺杂和缺陷调控纳米碳材料的电学性质和设计碳基纳米电子器件提供了理论依据.     

MoO_(3-x)/PCN的原位合成及其增强光催化产氢性能的研究（英文）

本文通过简单的一步浸渍煅烧法原位合成了氧化钼纳米晶/聚合物氮化碳复合光催化剂,该不含铂基助催化剂的氧化钼修饰聚合物氮化碳光催化剂在可见光照射下表现出增强的光催化产氢性能,最高产氢速率为15.6μmol/h,是普通聚合物氮化碳样品的3倍以上.相应的结构与性能的分析表明,与后浸渍法不同,在原位生长过程中高分散的超小氧化钼纳米晶体与聚合物氮化碳之间形成了紧密的耦合界面结构,可见光产氢活性的提升源自高分散的超小氧化钼纳米晶与聚合物氮化碳之间形成的紧密界面,以及该界面结构形成的肖特基结带来的有效电荷载流子转移.     

FeCl_3对准东煤基多孔碳孔隙结构与石墨化协同调控

多孔碳制备过程中,孔结构的发展和石墨化的演变相互依存,且高的石墨化度往往导致孔隙结构衰减。为同时提高煤基多孔碳孔隙结构与石墨化程度,本文以我国大储量准东煤为原料,通过添加FeCl_3实现孔隙结构与石墨化度的协同调控,探究不同FeCl_3添加量的影响。结果表明:随着FeCl_3添加量增加,煤焦比表面积由346 m~2·g~(-1)增加到574m~2·g~(-1);石墨化程度逐渐增加,I_G/I_(All)由8.774%增加到9.328%。通过分析得出:FeCl_3水解及热解作用产生的铁氧化物与热解、活化过程产生的CO反应原位形成CO_2,对煤焦刻蚀,促进微孔的发展;煤焦中无定型碳与还原性Fe形成Fe_3C中间相,在碳不断"溶解析出"过程实现了催化石墨化的进行;酸洗过程释放了一部分中孔。由此可见,FeCl_3同时起着微孔造孔剂、中孔模板剂及催化石墨化促进剂的作用。