氧化石墨烯改性ZnO/CeO2复合纳米材料的制备及其紫外屏蔽性能研究

以六水硝酸锌、六水硝酸铈、氧化石墨烯为原料,采用溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯(GO)改性ZnO/CeO_2复合纳米紫外屏蔽剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等测试手段对产物的结构、组成及形貌进行表征,研究了氧化铈与氧化锌摩尔比、GO投入量、屏蔽剂用量以及pH值对复合纳米材料紫外屏蔽性能的影响,探索了氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米的最佳制备条件。结果表明:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料中GO、CeO_2、ZnO的平均粒径分别为8. 3、15. 4、37. 5 nm。当pH 6. 0、氧化铈与氧化锌摩尔比为4∶1、GO投入量为2. 0g、屏蔽剂用量为0. 06 g/L时,紫外屏蔽性能强弱顺序为:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料 GOZnO/CeO_2复合纳米材料 CeO_2 ZnO。     

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.     

石墨烯和铂/石墨烯的合成及其表征

以天然鳞状石墨为原料,采用化学氧化法合成氧化石墨,在此基础上采用低温热解膨胀结合微波加热乙二醇还原法合成石墨烯(Gr)以及铂/石墨烯(Pt/Gr)复合材料。SEM和TEM显示所制备的石墨烯为层状结构的半透明薄膜。采用X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)分别确定氧化石墨、膨胀石墨及石墨烯表面含氧官能团的数量和性质。以所制备的碳氧原子比5.94的石墨烯作为载体制备出可用于质子交换膜燃料电池的高负载量的Pt/Gr催化剂,在铂载量高达60%时,表面铂粒子依然具有高分散性,平均粒径为3.8 nm。     

g-C_3N_4/CdS纳米棒复合光催化剂的制备及其光催化性能

采用简单的水热法制得CdS纳米棒,采用溶剂热法制得g-C_3N_4/CdS纳米棒复合光催化剂(1),其结构和性能经SEM,XRD和UV-Vis(DRS)表征。探究了1在可见光作用下光催化降解模拟有机污染物甲基橙的性能。结果表明:在可见光作用下,与纯CdS纳米棒光催化剂比较,1的催化活性明显提高,稳定性显著增强。     

Ag/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能（英文）

采用静电纺丝技术及煅烧法制备了氧化锌纳米纤维,然后采用水热法将银纳米颗粒负载到了氧化锌纳米纤维表面.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线光谱(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等技术对合成的Ag/ZnO纳米纤维的结构和组成进行了表征.SEM结果表明,直径在5~100 nm之间的银纳米颗粒附着在直径在80~330 nm之间的氧化锌纤维表面形成了异质结构.以常见的有机污染物甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B等为降解底物,对Ag/ZnO纳米纤维的光催化性能进行了表征.结果表明,负载银纳米颗粒后,复合催化剂的光催化性能明显提高.     

Ag/ZnO纳米纤维的制备及光催化性能

采用静电纺丝技术及煅烧法制备了氧化锌纳米纤维, 然后采用水热法将银纳米颗粒负载到了氧化锌纳米纤维表面.利用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 能量色散X射线光谱(EDX), 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等技术对合成的Ag/ZnO纳米纤维的结构和组成进行了表征.SEM结果表明, 直径在5~100 nm之间的银纳米颗粒附着在直径在80~330 nm之间的氧化锌纤维表面形成了异质结构.以常见的有机污染物甲基橙、 亚甲基蓝和罗丹明B等为降解底物, 对Ag/ZnO纳米纤维的光催化性能进行了表征.结果表明, 负载银纳米颗粒后, 复合催化剂的光催化性能明显提高.     

均匀沉淀法制备氧化锌纳米棒

采用均匀沉淀法制备了氧化锌纳米棒,用XRD,TEM,PL等检测手段对样品进行了表征.结果表明:所得样品为长约100 nm,宽约30 nm的纤锌矿结构氧化锌纳米棒,颗粒分布均匀.其在可见光区比紫外区的荧光发射显著增强.     

微波固相合成氧化锌纳米棒

通过前驱体的微波固相热分解法快速合成了氧化锌纳米棒, 其直径在60～385 nm之间, 长可达数微米. 前驱体则通过一步室温固相反应制备. 用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线分析(EDX)和透射电子显微镜(TEM)对产物的结构和形貌进行了表征. 同时, 对氧化锌纳米棒的光致发光(PL)性能作了测试, 结果表明在355 nm处有一个明显的近带隙发射峰. 另外, 对比实验表明, 微波辐射在氧化锌纳米棒的形成过程中起了关键性作用, 并对其形成机理进行了初步探讨.     

界面聚合法制备PANI/g-C3N4复合催化剂及其热稳定性和可见光催化性能

利用界面聚合法,成功将聚苯胺(PANI)纳米棒生长在石墨型氮化碳(g-C3N4)片层上,制备了PANI/gC3N4复合光催化剂.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、热重分析(TGA)和电化学工作站表征手段考察样品的结构、形貌及性能,以可见光催化降解亚甲基蓝为模型考察样品的可见光催化活性.实验结果表明,在复合材料中的g-C3N4能很好地分散成层状,并在层间与PANI纳米棒形成复合物,这种特殊的复合结构不仅利于片状g-C3N4对PANI链段运动的限制及对其降解产物的物理屏蔽,从而可以提高复合材料的热稳定性,而且具有优越的可见光催化性能.     

不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究

基于氧化石墨烯具有多种含氧官能团和极大的比表面积,研究了不同氧化程度氧化石墨烯的湿敏性能。采用改进的Hummers法制备不同氧化程度的氧化石墨,经过超声分散制备氧化石墨烯水相分散液后,制成氧化石墨烯薄膜湿敏元件。采用X射线衍射、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱对实验样品的结构和谱学特性进行表征。结果表明:石墨经氧化后,底面间距增大为0.9 nm左右;随氧化剂用量的增加,氧化石墨中石墨的衍射峰逐渐消失,石墨相微晶尺寸逐渐减小,O/C原子比逐渐增大,氧化程度逐渐升高;氧化石墨烯在水相分散液中可达单层分散,单层氧化石墨烯厚度约为1.3 nm;氧化石墨烯表面接有-OH、C-O-C、C=O和COOH官能团,且官能团含量随氧化程度的升高而增大;氧化石墨烯薄膜元件在室温下对湿度的响应时间约3 s,灵敏度达99%;在11.3%-93.6%相对湿度范围内,元件的电阻随湿度升高显著减小,较高氧化程度的氧化石墨烯薄膜的电阻对数与相对湿度呈线性变化;氧化程度越高,元件灵敏度越高,响应时间越短。     

Synthesis and characterization of a nanocomposite of goethite nanorods and reduced graphene oxide for electrochemical capacitors

We report a one-step synthesis of a nanocomposite of goethite (α-FeOOH) nanorods and reduced graphene oxide (RGO) using a solution method in which ferrous cations serve as a reducing agent of graphite oxide (GO) to graphene and a precursor to grow goethite nanorods. As-prepared goethite nanorods have an average length of 200 nm and a diameter of 30 nm and are densely attached on both sides of the RGO sheets. The electrochemical properties of the nanocomposite were characterized by cyclic voltammetry (CV) and chronopotentiometry (CP) charge–discharge tests. The results showed that goethite/RGO composites have a high electrochemical capacitance of 165.5 F g^?1 with an excellent recycling capability making the material promising for electrochemical capacitors.     

Capillary zone electrophoresis of graphene oxide and chemically converted graphene

The preparation of processable graphene oxide colloids called chemically converted graphene (CCG) involves the following steps: oxidation of graphite to form graphite oxide; exfoliation of graphite oxide to form graphene oxide (GO); and reduction of GO to form CCG. In this work, the exfoliation and reduction steps were monitored by capillary zone electrophoresis (CZE). CZE was performed in fused silica capillaries with UV absorbance at 230 nm (GO) and 270 nm (CCG) using 250 μM tetrapropylammonium hydroxide (pH 10.4). The results indicate that almost complete exfoliation of graphite oxide (0.05 wt%) and higher recovery of CCG were obtained by sonication at 50% power for more than 15 h. CZE is considered a valuable tool for the fractionation and analysis of GO nanoparticles and, hence, for the control of different steps in preparation of CCG.     

多巴胺在氧化锌纳米棒嵌入石墨修饰电极上的电化学行为及测定

采用水热法制备了氧化锌纳米棒,用扫描电子显微镜、红外光谱等测试方法对其进行表征,通过嵌入式修饰方法,将制备出的氧化锌纳米棒嵌入到石墨电极中制成修饰电极。 用循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了多巴胺在修饰电极上的伏安行为和反应机理。 结果表明,该修饰电极对多巴胺显示出良好的响应,不仅使峰电流增加,并使多巴胺的氧化峰电位负移68 mV。 该电极过程的动力学参数：电子转移数n=2,电子转移系数α=0.48。 多巴胺的脉冲峰电流与其浓度在5.0×10-7~1.0×10-4 mol/L内呈良好的线性关系,检出限为1.0×10-7 mol/L(S/N=3)。 对1.0×10-5 mol/L的多巴胺平行测定8次的相对标准偏差（RSD）为3.42%。 用本法测定了盐酸多巴胺注射液中多巴胺的含量,加标回收率为94.83%~104.5%。     

Facile hydrothermal growth graphene/ZnO nanocomposite for development of enhanced biosensor

Graphene/zinc oxide nanocomposite was synthesised via a facile, green and efficient approach consisted of novel liquid phase exfoliation and solvothermal growth for sensing application. Highly pristine graphene was synthesised through mild sonication treatment of graphite in a mixture of ethanol and water at an optimum ratio. The X-ray diffractometry (XRD) affirmed the hydrothermal growth of pure zinc oxide nanoparticles from zinc nitrate hexahydrate precursor. The as-prepared graphene/zinc oxide (G/ZnO) nanocomposite was characterised comprehensively to evaluate its morphology, crystallinity, composition and purity. All results clearly indicate that zinc oxide particles were homogenously distributed on graphene sheets, without any severe aggregation. The electrochemical performance of graphene/zinc oxide nanocomposite-modified screen-printed carbon electrode (SPCE) was evaluated using cyclic voltammetry (CV) and amperometry analysis. The resulting electrode exhibited excellent electrocatalytic activity towards the reduction of hydrogen peroxide (H₂O₂) in a linear range of 1–15 mM with a correlation coefficient of 0.9977. The sensitivity of the graphene/zinc oxide nanocomposite-modified hydrogen peroxide sensor was 3.2580 μAmM⁻¹ with a limit of detection of 7.4357 μM. An electrochemical DNA sensor platform was then fabricated for the detection of Avian Influenza H5 gene based on graphene/zinc oxide nanocomposite. The results obtained from amperometry study indicate that the graphene/zinc oxide nanocomposite-enhanced electrochemical DNA biosensor is significantly more sensitive (P < 0.05) and efficient than the conventional agarose gel electrophoresis.     

KH-570功能化石墨烯的制备与表征

采用Hummers法对天然石墨进行氧化处理制备了氧化石墨烯,通过γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷与氧化石墨烯反应得到功能化氧化石墨烯,然后在水合肼的作用下制备了功能化石墨烯。未烘干的功能化石墨烯在超声处理下,能稳定分散在体积比为9∶1(V/V)的乙醇/水、丙酮/水或N,N-二甲基甲酰胺/水的混合溶剂中。用傅立叶变换红外光谱、原子力显微镜、X射线光电子能谱及X射线衍射对样品结构、形貌进行了分析。结果表明,KH-570上的硅氧烷与氧化石墨烯上的羟基发生了反应,经水合肼还原后,功能化石墨烯的无序度增加,层间距也比功能化氧化石墨烯的缩小了。功能化石墨烯在DMF/水中呈高度剥离状态,片层厚度为1.1～2.3 nm。     

A high-capacity graphene nanosheet material with capacitive characteristics for the anode of lithium-ion batteries

Graphene nanosheets are prepared from H₂ thermal reduction of graphite oxide at 300 °C. The graphite oxide interlayer has readily been expanded through chemical oxidation of meso-carbon micro-beads graphite raw material. After H₂ reduction, the carbon/oxygen ratio of graphene is increased from that of graphite oxide due to the removal of oxygen-containing functional groups as it is demonstrated from IR spectra. The d-spacing of resulting graphene nanosheets is increased to 0.37 nm, which facilitates lithium intercalation. Such synthesized graphene nanosheet material as anode of lithium-ion battery has exhibited high reversible discharge capacity of 1,540 mAh g⁻¹ at a current density of 50 mA g⁻¹, and the coulumbic efficiency was 97% over 50 cycles. The discharge curve of the anode material shows a continuously increased voltage profile, which is a characteristic of a capacitive material.     

Graphene Oxide/ZnO Nano Composite for Sensitive and Selective Electrochemical Sensing of Levodopa and Tyrosine Using Modified Graphite Screen Printed Electrode

Determination of levodopa and tyrosine as two important species for treatment of Parkinson's disease is described. A novel electrochemical sensor involving graphene oxide/ZnO nanorods (GR/ZnO) nano composite and the graphite screen‐printed electrodes (GSPE) was developed for the simultaneous detection of levodopa and tyrosine. The screen‐printed electrodes with several advantages, including low cost, versatility and miniaturization were employed. On the other hand, the graphene oxide/ZnO nanorods nano composite was casted on the surface of GSPE to obtain GR/ZnO/SPE. The proposed nano sensor has excellent performance such as high sensitivity, good selectivity and analytical application in real samples. The combination of graphene oxide/ZnO nanorods nano composite with the screen‐printed electrode is favorable for amplifying electrochemical signals. Under optimized conditions square wave voltammetry (SWV) exhibited linear dynamic ranges from 1.0×10^?6 to 1.0×10^?3 M and 1.0×10^?6 to 8.0×10^?4 M with detection limits of 4.5×10^?7 M and 3.4×10^?7 M for levodopa and tyrosine respectively.     

水热法合成α-MnO2纳米棒及其电化学性能

以KMnO4、氧化石墨(GO)和硫酸为原料,在120℃水热条件下3 h成功合成了直径为10~20 nm,长度为300~400 nm的α-MnO2纳米棒。研究发现GO的引入降低了纳米棒的制备温度,缩短了反应时间。电化学测试结果表明,在1 mol.L-1Na2SO4中性水系电解液中,该纳米棒表现出良好的电容性能,当扫描速率分别为2 mV.s-1和5 mV.s-1时,比电容分别为276 F.g-1和240F.g-1;该纳米材料是一种潜在的电化学电容器电极材料。