多巴胺和L-精氨酸制备超轻氮掺杂石墨烯气凝胶吸油性能的研究

采用水热法制备了超轻氮掺杂石墨烯气凝胶。分析表征结果表明,多巴胺不仅为还原剂而且提供氮源,石墨烯溶液前躯体的pH值对水热法制备超轻氮掺杂石墨烯气凝胶很大的影响,通过调节多巴胺和L-精氨酸在石墨烯溶液前躯体的浓度,可制备密度为2.54 mg/cm³超轻氮掺杂石墨烯气凝胶,由于氮掺杂、低密度和大的比表面积,超轻氮掺杂石墨烯气凝胶对各种油品都有良好的吸附性能。     

一种高效的多孔氮掺杂碳基气凝胶催化剂及其催化乙苯氧化性能

通过水热合成和高温煅烧的方法制备了多孔氮掺杂碳基复合气凝胶,其可作为一种高效的催化剂.该方法是以蒲绒和石墨烯气凝胶作为碳源和模板,尿素作为氮源.分别采用XRD,FT-IR,Raman和TEM对这些催化剂进行表征分析.以叔丁基过氧化氢为氧化剂,探究该复合气凝胶在乙苯选择性氧化生成苯乙酮的反应体系中的催化性能,实验结果表明,该复合气凝胶在该体系中具有优异的催化活性,苯乙酮的选择性可达92%以上.这是由于复合气凝胶中的多孔结构,氮元素的掺杂以及蒲绒和石墨烯气凝胶之间的相互作用.将生物质蒲绒转化为高催化活性碳材料,这种新颖的方法为寻找高性能催化氧化乙苯的催化剂提供了新的设计前景.     

石墨烯基气凝胶催化还原特性及其应用

石墨烯基气凝胶(GA)是一种内部连通的三维石墨烯宏观体,其在继承了石墨烯良好的化学稳定性和优良催化性能的同时拥有更高的比表面积和导电性。GA由于其优越的性能和独特的结构在催化、能量存储、吸附等领域得到广泛的应用。本文主要从GA催化还原特性展开,综述了具有不同催化性能的石墨烯基气凝胶的制备方法,将其总结归纳分为GA、掺杂型GA、复合型GA以及掺杂复合型GA四种类型,并详细介绍了制备方法对石墨烯基气凝胶催化性能的影响。石墨烯基气凝胶因具有优良的电化学活性和催化特性,在燃料电池、染料敏化太阳能电池、微生物电解池和电化学传感器等领域具有广泛的应用前景。最后对石墨烯基气凝胶在催化领域的应用前景进行分析和展望。     

氮掺杂石墨烯的生长机理及其在乙苯选择性氧化中的应用

以热解氧化石墨烯材料为碳基底,分别使用有机氮源和无机氮源对其进行氮掺杂处理,制备了一系列氮掺杂石墨烯材料.采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等表征方法考察了氮掺杂石墨烯的生长机理.结果表明,随着制备过程中退火温度的改变,氮掺杂石墨烯中不同氮物种的含量有显著差别.这种差异是由不同氮物种化学环境的差异所导致的.所制备的含氮石墨烯材料对乙苯选择性氧化制苯乙酮反应均表现出优良的催化活性.其中,石墨氮的含量对于提高苯乙酮收率起到至关重要的作用.此外,通过氧化剂控制活化的方法可以消除过多的结构缺陷和过量氮掺杂对催化反应的不利影响,有效提升氮掺杂石墨烯的催化活性.     

氮掺杂还原氧化石墨烯/四氧化三钴双功能催化剂的制备及表征

采用尿素作为氮源,通过热退火法制备氮掺杂还原氧化石墨烯,然后以乙酰丙酮钴作为钴源通过水热法制备氮掺杂还原氧化石墨烯/四氧化三钴杂化纳米片作为催化氧还原和氧析出反应的双功能催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱仪(XPS)等对其进行形貌结构表征,通过旋转圆盘电极等电化学测试对其电催化性能进行分析,可以看出该催化剂具有良好的氧还原和氧析出催化性能。     

硫/石墨烯气凝胶的绿色可控制备及锂硫电池性能

以氧化石墨烯(GO)为碳前驱体,H_2O_2作为绿色氧化剂,H_2S为还原剂和硫源,水热法制备了硫含量可控的硫/石墨烯气凝胶。通过调控加入到GO溶液中H_2O_2的用量使复合物中硫的质量分数在64%～84%间变动。将硫/石墨烯气凝胶用于锂硫电池正极材料,硫质量分数为70%的复合物表现了较好的锂硫电池性能,在0.1 A/g的电流密度下,其放电比容量可达1290 mA·h/g,在1.0 A/g的电流密度下循环100次,其比容量从385 mA·h/g逐渐降低到275 mA·h/g,保持率为71.4%,表现了较好的循环稳定性。该方法将有毒的H_2S用H_2O_2氧化成单质硫,同时H_2O_2被还原成H_2O,此过程中没有产生任何污染物,实现了硫/石墨烯气凝胶的绿色制备。     

石墨烯掺杂碳气凝胶粉体的制备及电磁干扰性能

采用溶胶-凝胶、 超临界干燥及高温裂解技术制备了不同石墨烯掺杂量的碳气凝胶(G-CA)粉体材料, 通过控制材料的组成和微观结构, 制备了密度仅为0.0093 g/cm³的低密度高导电性气凝胶粉体. 将G-CA粉体布撒在空气中, 测试其对毫米波、 可见光和红外光的衰减性能. 结果表明, 相对于纯碳气凝胶和纯石墨烯气凝胶, G-CA粉体对3种波段的电磁波的衰减性能大幅度提高. 其中石墨烯/掺杂量为7%的碳气凝胶(7%G-CA)在布撒初期和布撒20 min后, 对红外光和可见光均具有97%和94%以上的遮蔽率; 对于毫米波, 在布撒初期和布撒10 min以后, 分别具有75%和65%以上的遮蔽率. G-CA粉体具有良好的分等级微纳米结构及高导电性和超低密度, 该微观结构与组成的协同作用使其呈现出优异的多波段、 长时有效的电磁干扰性能, 有望扩展和延伸传统烟幕材料的应用范围.     

勃姆石纤维增强二氧化硅气凝胶的制备及性能

以六水合氯化铝为铝源, 通过水热法制备勃姆石纤维; 以甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯为硅源共前驱体, 采用溶胶-凝胶法进而常压干燥制备了勃姆石纤维掺杂的二氧化硅复合气凝胶; 探究了勃姆石纤维的掺杂量对复合气凝胶性能的影响. 当勃姆石纤维的掺杂量(质量分数)为1%时, 气凝胶的机械性能最好, 能够承受17.1%的压缩应变, 最大压缩强度为1.12 MPa, 压缩模量高达2.57 MPa, 复合气凝胶在150 ℃仍然具有较低的导热系数(0.0670 W·m^?1·K^?1). 勃姆石纤维能够一定程度地抑制二氧化硅颗粒在高温下的烧结和相转变, 对二氧化硅气凝胶的耐高温性能有显著的提升作用, 复合气凝胶在1100 ℃高温热处理后, 仍能保持良好的隔热性能和较高的机械强度.     

超轻纳米纤维气凝胶的制备及其应用

超轻纳米纤维气凝胶是一种以一维纳米纤维为基本构筑单元的新型气凝胶材料,相比于传统气凝胶,其不仅具有更高的孔隙率和更低的密度,还拥有更优异的机械性能和理化性质,因此该材料的先进制备技术和在新兴领域的创新性应用是近年来超轻气凝胶领域的研究热点。本文结合国内外研究现状,按照材料体系分类系统综述了超轻纤维气凝胶的制备方法、结构特点以及在隔热、吸附、电化学、传感和生物医学等领域的重要应用,提出了现阶段该材料面临的一些挑战,并展望了其在未来的发展方向。     

氮掺杂多孔石墨烯对硝基和偶氮化合物的催化还原性能——化学相关专业综合实验的设计与实践

针对溶有常见含硝基和偶氮化合物废水处理的问题，设计了无金属碳基催化剂制备及其对此类化合物催化还原的综合实验。实验以氧化石墨烯为原料，经水热法合成碳基催化剂氮掺杂多孔石墨烯或氮掺杂石墨烯，通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面分析仪、X射线光电子能谱等对其结构、形貌和元素组成等进行表征，并研究其对硼氢化钠还原硝基和偶氮化合物的性能。该实验涉及碳基催化剂制备、表征和废水处理等多个实验环节，涵盖了物理化学、材料化学和环境化学等多个学科领域。通过该实验可以培养学生的科研思维，提高学生的科研动手能力和用化学知识解决实际问题的能力。     

氮掺杂石墨烯量子点用于定量分析牛血清白蛋白的含量

合成了氮掺杂石墨烯量子点,并基于茜素红-氮掺杂石墨烯量子点之间的相互作用形成氢键复合物,茜素红可以对所合成的氮掺杂石墨烯量子点产生明显的荧光猝灭作用(荧光关),氮掺杂石墨烯量子点荧光强度的变化(F0/F)与茜素红浓度(2.78~23.59 nmol/L)具有良好的线性关系,检出限为1.24 nmol/L;继续向该溶液中加入牛血清白蛋白,会使原已发生荧光猝灭的氮掺杂石墨烯量子点溶液的荧光发射强度得以恢复(荧光开),且荧光发射强度的恢复与牛血清白蛋白浓度(0.1~0.375 g/L)之间具有良好的线性关系,检出限为0.011 g/L。此外,该"关-开"荧光检测体系被用来定量分析人尿液中的牛血清白蛋白含量,方法已用于实际尿液样品的定量分析。     

纳米Cu_2O/氮掺杂石墨烯复合修饰电极对多巴胺的电化学分析研究

本文通过化学还原法制备纳米Cu_2O/氮掺杂石墨烯(NG)复合材料,用于构建一种新型的多巴胺(DA)电化学传感器。采用X射线衍射法和扫描电镜对纳米Cu_2O/氮掺杂石墨烯复合材料进行表征。在pH为7.0的磷酸盐缓冲液中,采用循环伏安法和计时电流法分别研究了DA在纳米Cu_2O/氮掺杂石墨烯复合修饰电极上的电化学行为。结果表明,该修饰电极对DA表现出显著的电催化活性,且DA在修饰电极上的反应受吸附控制。在最佳实验条件下,催化电流与DA的浓度在0.5~700μmol/L之间呈线性关系(r=0.9943),检测限达0.17μmol/L。该修饰电极的选择性高、重复性和再现性好。方法用于实际样品中DA的检测,获得结果较好。     

氮掺杂石墨烯的p型场效应及其精细调控（英文）

石墨烯因独特的性质和潜在的应用在过去十年受到广泛重视。得益于石墨烯研究的繁荣,氧化石墨烯作为石墨烯的最常见的衍生物,近年来也获得广泛的研究。氧化石墨烯不仅可以通过高温退火还原得到光电性质都类似石墨烯的还原氧化石墨烯,而且因其结构中存在羧基、羰基和羟基等含氧基团,为石墨烯的性能调控提供了可能。常见的做法是通过引入外来原子比如氮原子来调控石墨烯的化学催化和光电性质。然而至今在氮掺杂石墨烯的研究中,氮的类型和所处化学环境对石墨烯电学性能的影响尚不清楚,而这会影响石墨烯后续的电学和催化应用。因此,合成特定类型的氮掺杂石墨烯并研究其对后续应用的影响是必要的。我们通过氧化石墨烯和邻芳基二胺的希夫碱缩合反应成功合成了吡嗪和吡啶氮掺杂石墨烯,研究了氮的类型对石墨烯电学性能的影响。吡嗪氮掺杂的石墨烯表现出弱的n型掺杂,而强吸电子的三氟甲基基团的引入,会让吡嗪氮掺杂的石墨烯由弱n型掺杂转变为明显的p型掺杂。当在吡嗪氮中同时引入吡啶氮时,石墨烯也表现为弱的p型掺杂。因此,石墨烯的性能可以通过控制吸电子基团和掺杂不同类型的氮来实现精细调控,从而为石墨烯的应用提供更多潜在可能。     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料, 首先通过Hummers法制备氧化石墨, 再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热, 促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂, 所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料,首先通过Hummers法制备氧化石墨,再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热,促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂,所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

氮掺杂石墨烯/多酚氧化酶修饰电极检测苯酚

制备了基于氮掺杂石墨烯的多酚氧化酶修饰电极,并将其应用于苯酚的检测。首先利用改进的Hummers方法制备氧化石墨,然后以聚苯胺为氮源,采用水热还原法制备了氮掺杂石墨烯材料,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜对制备得到的氮掺杂石墨烯进行微观结构表征。将制备得到的氮掺杂石墨烯与多酚氧化酶复合,利用戊二醛交联的方法制备酶修饰电极,采用循环伏安法、差示脉冲伏安法等电化学方法研究了该酶修饰电极的电化学性能及最优运行条件,结果表明在pH值为6.5时酶修饰电极性能最优;该酶修饰电极对苯酚的检出限为1.21×10~(-6)mol·L~(-1)(S/N=3),线性检测范围为2×10~(-5)～7.7×10~(-4)mol·L~(-1)。同时,该酶修饰电极具有很好的抗干扰性能,可用于水中苯酚含量的检测。     

氮、 硼掺杂石墨烯活性位点及其在氧化反应中作用的研究进展

随着绿色化学的逐渐推广,碳材料作为最有前途的绿色无金属催化剂而备受关注。通过对石墨烯引入杂原子进行化学掺杂是目前最常用于改良碳材料催化活性的有效方法。从结构上看,掺杂石墨烯内特定活性物种在催化过程中起到活性位点的作用,且催化剂的催化活性随活性位点含量增加而增强。且其内部活性位点含量可通过改变制备方法中制备条件实现调控,这有助于开发具有高催化活性的掺杂石墨烯催化剂。本文综述了氮掺杂石墨烯和硼掺杂石墨烯内可作为活性位点的官能团,提出制备方法对活性位点含量的影响,并讨论了内部活性位点在氧化反应中的作用。最后对未来研究方向提出了建议和展望,为开发更高效掺杂石墨烯催化剂提供了思路。     

一维氮掺杂碳包覆Fe3O4和Fe7S8纳米棒复合材料的制备及其储锂、储钠性能研究

以水热法制备的羟基氧化铁纳米棒作为反应原料,首先采用室温聚合法,在其表面包覆一层均匀的聚多巴胺,获得聚多巴胺包覆的羟基氧化铁,然后通过后续热处理,获得氮掺杂碳包覆的Fe3 O4和Fe7 S8复合材料(Fe3O4@NC和Fe7S8@NC).采用XRD、拉曼光谱仪、XPS、SEM以及TEM等技术对上述两种复合材料的结构和形...     

氮掺杂石墨烯的制备及其在化学储能中的研究进展

石墨烯独特的二维空间结构使其具有优异的导电性能、力学性能以及超大的比表面积,被认为是颇具潜力的新型储能材料,是目前储能研究的热点之一。 但是石墨烯易团聚、表面光滑且呈惰性而不利于与其它材料的复合,导致其应用受到限制。 石墨烯掺氮可改变其电子结构,增加表面的活性位,从而提高其应用于储能器件时的电化学性能。 本文综述了近几年氮掺杂石墨烯的制备方法以及其在超级电容器、锂离子电池、锂空电池以及锂硫电池等化学储能领域中的应用,指出了目前氮掺杂石墨烯在制备和储能应用中关注的核心问题,并对氮掺杂石墨烯的发展前景进行了展望。     

氮掺杂石墨烯与发夹DNA修饰的电极为工作电极-差分脉冲伏安法用于测定多巴胺

将玻碳电极(GCE)打磨至呈镜面,在其表面上滴加氮掺杂石墨烯悬浮液5.0μL,在50℃的红外灯下烘干,制得氮掺杂石墨烯修饰的GCE;然后取5.0μmol·L-1发夹DNA(H DNA)溶液10μL滴涂于氮掺杂石墨烯修饰电极表面,制得氮掺杂石墨烯和H DNA修饰的GCE。用此修饰电极作为工作电极,用差分脉冲伏安法(DPV)测定人体血清中多巴胺(DA)的含量。试验表明:氮掺杂石墨烯和H DNA修饰的电极对DA的电化学氧化具有更好的电催化作用。DA在此修饰电极上的氧化峰电流与其浓度在4.0×10-7～6.0×10-5 mol·L-1内呈线性关系,检出限(3s/k)为6.6×10-8 mol·L-1。测定时用pH 6.5磷酸盐缓冲溶液(PBS)作为支持电解质。分析血清样品时前处理如下:取血清样品2.0mL,加入甲醇4.0mL,离心沉淀。取上清液2.0mL,加入等体积的pH 6.5PBS,充分混匀后供测定。用pH 6.5的PBS配制DA标准溶液系列,利用DPV对DA标准溶液系列进行测定,记录其氧化峰电流值,制作工作曲线。应用此方法分析了人体血清样品并以此样品为基体进行加标回收试验,测得回收率在90.0%～110%之间,测定值的相对标准偏差(n=5)在1.7%～3.7%之间。