纳米金刚石解团聚的一种新方法——石墨化-氧化法

用炸药爆炸法制备的纳米金刚石(ND)是由直径为4～6 nm的金刚石微晶粒组成，但这种纳米晶粒相互团聚，形成尺寸大得多的团聚体，至今尚未找到很有效的解团聚方法.该文提出了一种可用于这种纳米金刚石解团聚的新方法——石墨化－氧化法.将纳米金刚石粉在氮气中1 000 ℃加热1 h，这时纳米颗粒表面和界面上生成石墨层，再用在空气中450 ℃氧化的方法，将界面上的石墨层除去.将经过这样处理后的样品放入水中用超声波分散后，超过50％（质量百分数）的金刚石颗粒可以被分散到直径小于50 nm.可见这种方法对纳米金刚石的解团聚有一定的效果.但是同时也生成了一部分尺寸更大的团聚体，认为可能是生成了颗粒间的C-O-C键，需要进一步用适当的化学方法进行解离.对这一过程的机理进行了初步讨论.     

碳包覆硅/石墨复合材料的制备及其电化学性能

本文以工业硅粉(600目)为原料,通过高能球磨和热解包碳方法制备了碳包覆纳米硅,在此基础上采用简单的机械球磨方法制备了碳包覆/石墨复合材料,并系统研究了碳包覆量及硅/石墨比例对碳包覆硅/石墨复合材料电化学性能的影响.与商业纳米硅粉/石墨复合材料相比,工业硅粉/石墨复合材料的循环性能及倍率性能均得到改善.通过高能球磨和热处理法得到的碳包覆材料为无定形碳和晶态硅材料的复合,所获碳包覆硅材料一次颗粒的粒径在100～200 nm左右.碳包覆量对材料的电化学性能有着重要影响,Si/C-2-1复合材料表现出高的可逆比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,在0.1C倍率下,可逆比容量高达492.6 mA h·g~(-1),循环100周后容量保持率达85.8%,1C电流密度下放电比容量达369.7 mAh·g~(-1),为0.1C的73.9%.提高碳包覆硅/石墨复合材料中硅含量的比例可以提升其比容量,当硅含量达到20%时,Si/C-2-3复合材料在0.1C倍率下可逆比容量达到600.4 mAh·g~(-1),但材料循环性能有所下降,说明石墨在稳定硅/碳复合材料循环性能方面发挥着非常重要的作用.     

温度对碳球形貌及超级电容性能的影响

以三氯乙烷和二氯乙烷为原料, 金属钠为还原剂, 在溶剂热条件(100~150 ℃)下使氯代乙烷中的碳氯键和碳氢键发生断裂制备了碳纳米球, 并对制备的碳纳米球进行了表征. X射线衍射结果表明, 样品为类石墨结构, 衍射信号宽且弱, 表明样品的结晶性较差; 拉曼光谱分析结果也表明样品具有较高的无序度. 样品的SEM与TEM分析结果表明, 在较高的反应温度下, 碳球具有更好的单分散性, 碳球的粒径随温度的升高而增大; 选区电子衍射结果表明碳球内部为无定形的类石墨结构. 以碳纳米球为负极材料的锂离子电池测试结果表明, 50周循环后比容量为941 mA·h/g, 库仑效率接近100%, 放电容量保持率为103.7%, 具有良好的循环稳定性. 测试了不同温度下制备样品的超级电容器性能, 发现120 ℃下制备的碳纳米球具有较高的比电容和较低的内阻值, 比电容高达130 F/g, 经过1000周循环充放电后比电容衰减比例低于14%, 具有较高的稳定性.     

石墨结构层包覆α-Fe纳米粒子的高分辨电镜研究

磁性金属纳米粒子的高表面活性使其极易被氧化.将纳米粒子包覆于石墨碳网中,将显著提高其抗氧化性.用金属钾还原2阶FeCl3石墨层间化合物(FeCl3-GICs)前驱体制备了石墨包覆纳米α-Fe.X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)分析和透射电镜(TEM)观察表明,2阶FeCl3-GICs还原样品含有丰富的α-Fe纳米粒子.高分辨透射电镜(HRTEM)观察证实α-Fe纳米粒子由多晶组成,呈二维或准二维形态,α-Fe纳米晶的空间取向严格受石墨结构层控制.在实验基础上,提出了石墨包覆纳米α-Fe的一种可能的生长模型.     

高容量锂离子电池核壳型硅/碳复合电极材料的制备与性能

通过自组装方式采用一步法制备了锂离子电池硅碳复合电极材料.使用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等对样品结构进行表征.结果表明,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包覆的纳米硅颗粒(Si@PVP)均匀嵌入到具有三维网络纳米孔结构的导电石墨化炭黑(GCB)骨架中,形成核壳复合型(Si@PVP-GCB)纳米颗粒,既提高了该复合电极材料的导电性能,又改善了材料的机械强度.在纳米级GCB颗粒内部存在的中空石墨环结构和包覆在纳米Si颗粒外面的PVP包覆层都有效缓冲了纳米Si颗粒在充放电过程中较大的体积变化,从而使纳米Si颗粒更加稳定.电化学测试结果表明,Si@PVP-GCB电极材料在电流密度为50 m A/g时,经过100次循环后其可逆容量仍达到545 m A·h/g时,远高于商品化的石墨微球(GMs)电极材料的容量(理论容量为372 m A·h/g).     

类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究

半导体光催化是一种理想的太阳能化学转化绿色技术,可以实现水分解制氢和CO2光还原制备碳氢化合物燃料.氧化锌 (ZnO) 作为一种直接带隙半导体材料,一方面具有性能优异、价格低廉、易制备等优点; 另一方面因光腐蚀而不稳定,大大限制了该材料的实际应用.本文提出了一种简单易行的类石墨碳修饰方法,可以有效提高 ZnO 用于CO2光还原的光催化活性和稳定性.首先采用水热法在金属锌片基底上生长 ZnO 纳米棒阵列 (ZnO-NRA),然后通过葡萄糖水热法进行不同含量的类石墨碳 (C-x) 修饰,形成 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,同步实现碳包覆和碳掺杂.X 射线衍射结果表明,ZnO 纳米棒及ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构都具有良好的纤锌矿型 (Wurtzite) 结构; 而拉曼散射则清楚地证实了类石墨碳的存在.扫描电子显微观察显示,生长的 ZnO 纳米棒长度大约 2-5 μm,直径为 400-700 nm,沿方向[0001]生长,端部由六个规则的 (103)晶面组成,进一步直观佐证了 ZnO 的典型纤锌矿型结构特征.透射电子显微分析结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构中类石墨碳包覆层厚度大约为 8 nm.ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的 X 射线光电子谱分析结果验证了 C-C,C-O 和 C=O键的存在与碳的包覆层相对应; 而 C-O-Zn键的出现则是由于碳在 ZnO 中掺杂所引起.从紫外-可见吸收谱上可观察到ZnO 的典型吸收带边位置约为 385 nm,而碳的包覆和掺杂导致 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的吸收带边发生红移,并且吸收背底明显提高.电化学阻抗谱测试结果清楚地显示,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯 ZnO-NRA 的电化学阻抗明显降低,说明类石墨碳包覆层大幅度提高了电导性能,从而有利于光生载流子的分离和传输.荧光分析结果也表明,与单纯的 ZnO-NRA 相比,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的荧光强度大幅度下降,进一步证实了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯的 ZnO-NRA更有利于光生载流子的分离和传输.光电化学测试结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的瞬态光电流 4 倍于单纯的ZnO-NRA,而 CO2 光还原性能测试也得到一致的结果.长时间多循环 CO2 光还原实验证实,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构具有稳定的光催化活性和极好的光稳定性.综上,我们利用一种简单易行的水热法进行类石墨碳修饰,成功开发了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,该结构因其优异的光生电子和空穴的分离和迁移性能,从而具有显著提升的CO2光还原活性和光稳定性.本工作证明,类石墨碳修饰是一种可以广泛借鉴的有效提升半导体材料光催化活性和光稳定性的可行方法.     

类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究（英文）

半导体光催化是一种理想的太阳能化学转化绿色技术,可以实现水分解制氢和CO_2光还原制备碳氢化合物燃料.氧化锌(ZnO)作为一种直接带隙半导体材料,一方面具有性能优异、价格低廉、易制备等优点;另一方面因光腐蚀而不稳定,大大限制了该材料的实际应用.本文提出了一种简单易行的类石墨碳修饰方法,可以有效提高ZnO用于CO2光还原的光催化活性和稳定性.首先采用水热法在金属锌片基底上生长ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRA),然后通过葡萄糖水热法进行不同含量的类石墨碳(C-x)修饰,形成ZnO-NRA/C-x纳米复合结构,同步实现碳包覆和碳掺杂.X射线衍射结果表明,ZnO纳米棒及ZnO-NRA/C-x纳米复合结构都具有良好的纤锌矿型(Wurtzite)结构;而拉曼散射则清楚地证实了类石墨碳的存在.扫描电子显微观察显示,生长的ZnO纳米棒长度大约2-5mm,直径为400-700 nm,沿方向[0001]生长,端部由六个规则的(103)晶面组成,进一步直观佐证了ZnO的典型纤锌矿型结构特征.透射电子显微分析结果表明,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构中类石墨碳包覆层厚度大约为8 nm.ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的X射线光电子谱分析结果验证了C-C,C-O和C=O键的存在与碳的包覆层相对应;而C-O-Zn键的出现则是由于碳在ZnO中掺杂所引起.从紫外-可见吸收谱上可观察到ZnO的典型吸收带边位置约为385 nm,而碳的包覆和掺杂导致ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的吸收带边发生红移,并且吸收背底明显提高.电化学阻抗谱测试结果清楚地显示,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构比单纯ZnO-NRA的电化学阻抗明显降低,说明类石墨碳包覆层大幅度提高了电导性能,从而有利于光生载流子的分离和传输.荧光分析结果也表明,与单纯的ZnO-NRA相比,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的荧光强度大幅度下降,进一步证实了ZnO-NRA/C-x纳米复合结构比单纯的ZnO-NRA更有利于光生载流子的分离和传输.光电化学测试结果表明,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的瞬态光电流4倍于单纯的ZnO-NRA,而CO_2光还原性能测试也得到一致的结果.长时间多循环CO_2光还原实验证实,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构具有稳定的光催化活性和极好的光稳定性.综上,我们利用一种简单易行的水热法进行类石墨碳修饰,成功开发了ZnO-NRA/C-x纳米复合结构,该结构因其优异的光生电子和空穴的分离和迁移性能,从而具有显著提升的CO_2光还原活性和光稳定性.本工作证明,类石墨碳修饰是一种可以广泛借鉴的有效提升半导体材料光催化活性和光稳定性的可行方法.     

熔盐法合成NiO纳米微晶

纳米科技的基础是纳米结构材料的合成．它是纳米科技在分散与包覆、高比表面材料、功能纳米器件、强化材料等方面实现突破的起点。纳米颗粒（1-100nm）本身具有宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、表面效应许多独特的性能．其制备研究日益得到广泛关注和重视．     

CeO2-ZrO2包覆石墨粉增强铝基复合材料的制备与耐蚀性能

采用非均匀成核法,在机械搅拌条件下通过硝酸亚铈和氧氯化锆水解生成无定形氧化铈、氧化锆对石墨进行表面包覆,利用扫描电镜、 X射线衍射和XPS对所得样品进行了表征,通过搅拌铸造法制备了氧化铈/锆包覆石墨颗粒增强铝基复合材料,并对复合材料耐蚀性能进行了初步研究. SEM和XPS表明,氧化铈/锆在石墨表面形成了均匀、致密的纳米级包覆层,氧化铈/锆通过与铝液的反应性润湿提高了石墨颗粒与铝液的润湿性,阻止了石墨与铝发生化学反应. 测试结果表明,氧化物的包覆基本抵消了由于石墨的添加而降低复合材料的腐蚀电位,也降低了腐蚀电流(两个数量级).     

新金刚石稳定性及晶体结构模型的研究

利用碳黑催化法制备了新金刚石粉末, 并通过粉末X射线衍射(XRD)对不同时效处理后的新金刚石样品进行表征. 结果表明, 新金刚石是一种亚稳态的相, 在室温下, 随着放置时间的推移其晶体结构发生变化. 根据XRD分析和模拟的XRD图谱, 提出了用具有分数占位的“缺陷金刚石”模型来解释新金刚石结构随时间的变化规律. 在该模型中, 原子的占位数χ为0时, 为面心立方结构(FCC), χ为1时, 为金刚石结构. 密度泛函理论计算结果表明, 随χ的增加, 其结构的稳定性也增加. 可见, 新金刚石是由FCC碳向金刚石结构过渡的中间态结构.     

Carbonaceous species of TSP in urban and rural sites around coal-fired power stations in northwestern Greece

Total suspended particles from urban and rural locations around an industrial complex with four coal-fired power stations were collected for a period of 6 months (January-June 2001). Mass concentrations of TSP and carbonaceous species (TC, EC, OC and BC) were determined for seven sampling sites of the studied area. The contribution of TC mass to the total particle mass was similar for all sites with an average value of 12.36±1.27%. The fraction of elemental carbon (EC) was estimated between 32 and 46% of the total carbon (TC). The relationship between organic and elemental carbon showed the primary origin of organic carbon (direct emissions). The OC/BC ratio values were also considered in order to get information about the enrichment of aerosols in organic carbon. Four conditional categories out of the sampling site ‘collection were additionally extracted (“urban”, “rural”, “far” and “close” location to the power stations) and considered with respect to the values of the ratios OC/BC and OC/EC and the multiple correlation coefficients R² for the concentrations of OC, BC and EC. It has been found that in some cases the correlation coefficients rather than the ratios could inform on the type of site.     

THEORETICAL COMPARISON OF THE BONDING OF CHALCOCARBONYL LIGANDS

Abstract

Fenske-Hall molecular orbital calculations on the complexes CpFe(CO)₂(CX)⁺ (X = O, S, Se, and Te) have been used to quantify the nature of bonding between the CX ligands and the metal atom. In addition, conclusions have been reached about the reactivity of the complexes under both nucleophilic and electrophilic attack. The previously established trend of increasing metal—ligand bond strength as X changes from O to S to Se is demonstrated by our molecular orbital calculations, and found to extend to Te. The mechanism for nucleophilic attack, variously explained in the past by either charge control or orbital control, is quantitatively ascribed to orbital control only. The nature of electrophilic attack on these complexes is also found to begin with orbital control.     

多孔炭材料的研究进展及前景

近年来多孔炭材料在国内外的研究和开发应用都十分活跃。本文从制备原料的扩展, 形态特征的增多, 纳米空间的控制, 功能特性的改进, 微细组织的察, 应用途径的开拓等不同方面综述了多孔炭材料的研究和应用开发的新进展。     

Spiro-Carbon: A Metallic Carbon Allotrope Predicted from First Principles Calculations

A structurally stable microporous metallic carbon allotrope, poly(spiro[2.2]penta-1,4-diyne) or, for short, spiro-carbon, with I4₁/amd (D_4h) symmetry is predicted by first-principles calculations using density functional theory (DFT). The calculations of electronic, vibrational, and structural properties show that spiro-carbon has lower relative energy than other elusive carbon allotropes such as T-Carbon and 1-diamondyne (Y-Carbon). Its structure can be pictured as a set of trans-cisoid-polyacetylene chains tangled and interconnected together by sp³ carbon atoms. Calculations reveal a metallic electronic structure arising from an “intrinsic doping” of trans-cisoid-polyacetylene chains with sp³ carbon atoms. Possible synthetic routes and various simulated spectra (XRD, NMR, and IR absorption) are provided in order to guide future efforts to synthesize this novel material.     

新型碳材料作为直接醇类燃料电池催化剂载体的评述

 电催化反应过程涉及固、液、气传输以及电子和质子传导, 为确保反应的顺利进行和提高催化剂中贵金属的利用率及延长催化剂的寿命, 理想的电催化剂载体必须同时具备高比表面积、导电性好、合适的孔结构、耐腐蚀以及合适的表面基团等. 为此, 碳载体的改性工作受到关注, 常用的方法是通过酸、碱、氧化和高分子等手段改变载体的结构和表面性质, 以期接近理想电催化剂载体的要求; 同时在开发新型碳载体方面做了更大量的工作. 本文简要评述了商品炭载体如碳黑 Vulcan XC-72R 以及其它的乙炔黑、黑珍珠-2000、Printex XE-2 和 Ketjen Black EC 等碳材料在直接醇燃料电池中的应用, 但对纳米碳纤维、碳纳米管、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、碳纳米卷和碳气凝胶等新型碳载体则进行了较全面的评述. 与商品碳载体相比, 新型碳载体在一定程度上都表现出比 XC-72R 更优的性能, 这主要是因为新型碳材料具有特殊的结构、更高的结晶性能 (导电性) 和更好的传质能力.     

Gasification of hydrolysis lignin with CO2 in the presence of Fe and Co compounds

The effect of the nature of the metal (Fe and Co) deposited on the surface of hydrolysis lignin, as well as the metal content (1, 3, 5 and 7 wt%), on the process of dry catalytic lignin reforming has been studied. The use of the catalyst led to a twofold increase in the conversion of carbon dioxide at temperatures of 500–800 °C, while both metals showed similar activity. The maximum specific catalytic effect is achieved when supporting 7 wt% of active metals.     

Applying diamond like carbon layer on carbon/carbon composites and its effect on the deposition of hydroxyapatite coating

The biomedical application of carbon/carbon (C/C) composites is limited by lacking bioactivity and releasing carbon debris. Hydroxyapatite (HA) coating has been used to improve the bioactivity of C/C composites, but it cannot reduce the release of carbon debris effectively because of poor wear resistance property. In this work, a wear‐resistant layer of diamond like carbon (DLC) is applied on C/C composites, followed by an ultrasound‐assisted electrochemical deposition to prepare HA coatings. The microstructure, morphology and chemical composition of the DLC layer and the HA coating are characterised by scanning electron microscopy, X‐ray diffraction, energy dispersive spectroscopy (EDS), X‐ray photoelectron spectroscopy, Fourier transformed infrared spectroscopy and Raman spectrum. The bonding strength between the HA coating and the DLC layer modified C/C composites is examined by a tensile test. The results show that the DLC layer has a spherical morphology and provides a uniform surface for the deposition of the HA coating. The HA coating shows flaky morphology with a compact structure. The tensile strength of the HA coating on the DLC layer modified C/C composites is 6.24 ± 0.40 MPa, which is significantly higher than that of HA coating on unmodified C/C composites(3.04 ± 0.20 MPa). Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

炭材料对铀的吸附

铀既是核燃料的主要成分又是乏燃料后处理的关键核素。将铀从乏燃料后处理流程中的高放射性料液或者其他含铀废水中分离出来既可以将此宝贵的核燃料回收使用,又有利于降低乏燃料处理后期的处置费用,以及减少铀对环境的污染。而从海水、盐湖水、尾矿废水等贫铀水体中提取铀则可能是解决将来铀资源匮乏的主要方法。炭质材料具有较大的比表面积、较高的孔隙率,耐高温,抗辐射,对各种酸碱环境有很高稳定性,而且本身无毒,环境友好,有望作为吸附剂或固相萃取材料用于从水体中吸附分离铀。本文介绍了活性炭、介孔炭、碳纳米管等材料对铀的吸附研究进展。表面功能化可以提高炭材料对铀酰离子的吸附容量与选择性,对炭材料功能化的方法主要有表面氧化、浸渍、负载和接枝等手段。由于化学稳定性高,采用化学方法在炭材料表面接枝功能分子是具有应用前景的研究方向。采用碳纤维作电极,电吸附铀的方法可以大量地从水溶液中将铀吸附到电极表面,再通过电脱附回收铀,具有工业化应用前景。     

多色荧光碳点的制备新进展

碳点(碳量子点)是在紫外-可见光吸收区域具有有效吸收的、可多色发光的新型碳纳米材料,在生物医学、环境能源和催化领域有着重要的研究应用前景。但是,在过去的10年中,无论是自上而下还是自下而上的方法,所制备碳点的发光大部分集中在蓝光-橙光范围。最近,随着制备方法的改进,有多种方法制备出了红光或近红外发光的碳点。本文简述了近3年来各类代表性的制备碳点的方法,并主要介绍了红光或近红外发光碳点的制备新进展。     

诺贝尔奖宠儿——碳元素的前世今生

碳元素历史悠久,与现代人类社会联系紧密,对人类未来意义重大,多次斩获诺贝尔奖。在揭开碳元素的发现史之后,介绍了活性炭、碳纤维、玻璃碳等无定形碳以及热解炭等过渡碳的重要作用。此外,晶形碳的经典同素异形体--C60富勒烯、碳纳米管、石墨烯的独特结构造就了其在纳米材料领域的非凡用途;新型同素异形体的合成、发现与应用更是碳元素研究领域的热点。