Ti3C2Tx/Au@Pt纳米花复合膜的制备及其无酶H2O2传感器的应用

基于二维过渡金属碳化物(MXene)-Ti_3C_2T_x材料的导电性与Au@Pt纳米花的催化活性,组装了一种用于超灵敏和快速检测H_2O_2含量的Ti_3C_2T_x/Au@Pt纳米花无酶传感器。通过发射扫描电镜和X-射线衍射对制备的Ti_3C_2T_x进行表征。结果表明Ti_3C_2T_x材料表现出特有的手风琴结构,Ti_3C_2T_x/Au@Pt为以Au粒子为中心,Pt粒子环绕周围组成蒲公英状纳米球。研究了H_2O_2在Ti_3C_2T_x/Au@Pt纳米花修饰玻碳电极上的循环伏安曲线和时间电流曲线,结果显示该修饰电极检测H_2O_2具有线性范围良好(0.03～1 100μmol/L)、灵敏度高(检出限可达0.02μmol/L)、抗干扰性和再现性好等优点。与传统滴定法相比,该新型无酶传感器能在复杂环境下快速准确检出H_2O_2含量。     

Robust and easily retrievable Pd/Ti_3C_2T_x■graphene hydrogels for efficient catalytic hydrogenation of nitroaromatic compounds

Ti_3C_2T_x has been emerging as an attractive platform to prepare composite catalysts,and their assembly into integrated catalytic mate rials repre sents a key step forward toward practical applications.Howeve r,the swelling behavior of Ti_3C_2T_x leads to significant structure change,which challenges the stability of Ti_3C_2T_x-based integrated functional materials for catalytic applications.Here we report a facile synthesis of Pd/Ti_3C_2T_x■graphene hydrogels in which Pd/Ti_3C_2T_x are spatially encapsulated in the 3 D porous graphene framework.The porous interconnected structure not only affords efficient mass transfer and desirable functional accessibility to catalytic active sites,but also effectively buffers the swelling behavior of Ti_3C_2T_x.When applied for catalytic hydrogenation of nitroaromatic compounds,the mechanically robust Pd/Ti_3C_2T_x■graphene hydrogels exhibit efficient activities,easy separability,and good cyclability.This work is expected to promote the application of Ti_3C_2T_x-based functional materials for practical applications involving interactions with salt solutions,such as supercapacitors,catalysis,and water purification.     

Pt immobilized spontaneously on porous MXene/MAX hybrid monolith for hydrogen evolution reaction

Designing efficient electrocatalysts with low Pt loadings for hydrogen evolution reaction(HER) is urgently required for renewable and sustainable energy conversion.Here,we report a strategy that Pt nanoparticulates are spontaneously immobilized on porous MXene/MAX monolith as HER catalysts by utilizing the redox reaction between Ti_3C_2T_x MXene and [PtCl_4]~2 in H_2 PtCl_6 aqueous solution.By taking advantage of homogeneously distributed Pt nanoparticulates on highly electrically conductive porous Ti_3C_2T_x/Ti_3AlC_2 monolith,the as-prepared electrocatalysts show high catalytic performance for hydrogen evolution.Specifically,the binder-free electrocatalysts have Pt loadings as low as 8.9 μg/cm~2,with low overpotential of 43 mV at a curre nt density of 10 mA/cm~2 and low Tafel slope that three times lower than porous Ti_3C_2T_x/Ti_3AlC_2 without Pt loading.This strategy offers a new approach to constructing ultra-low Pt-loading HER catalysts on the basis of in situ redox reaction between noble metal ions and MXenes.     

Ultra-lightweight Ti_3C_2T_x MXene modified separator for Li–S batteries:Thickness regulation enabled polysulfide inhibition and lithium ion transportation

The practical application of lithium–sulfur(Li–S)batteries is limited by the easy dissolution of polysulfides in the electrolyte,resulting in the lithium polysulfide(LPS)shuttle effect.Several two-dimensional(2D)materials with abundant active binding sites and high surface-to-volume ratios have been developed to prepare functional separators that suppress the diffusion of polysulfides.However,the influence of modified layer thickness on Li~+transport has not been considered.Herein,we synthesized individual and multilayered 2D Ti_3C_2T_x MXene nanosheets and used them to fabricate a series of Ti_3C_2T_x-PP modified separators.The separators had mass loadings ranging from 0.16 to 0.016 mg cm~(-2),which is the lowest value reported for 2D materials to the best of our knowledge.The corresponding reductions in thickness ranged from 1.2μm to 100 nm.LPS shuttling was effectively suppressed,even at the lowest mass loading of 0.016 mg cm~(-2).Suppression was due to the strong interaction between LPS intermediates and Ti atoms and hydroxyl functional groups on the separator surface.The lithium-ion diffusion coefficient increased with the reduction of Ti_3C_2T_x layers on the separator.Superior cycling stability and rate performance were attained when the separator with a Ti_3C_2T_x-PP mass loading of 0.016 mg cm~(-2) was incorporated into a Li–S battery.Carbon nanotubes(CNTs)were introduced into the separators to further improve the electrical and Li~+ionic conductivity in the cross-plane direction of the 2D Ti_3C_2T_xlayers.With the ultralightweight Ti_3C_2T_x/CNTs modified PP separator,the cell maintained a capacity of 640 m Ah g~(-1)after 200cycles at 1C with a capacity decay of only 0.079%per cycle.     

固溶体MAX相(Ti0.5V0.5)3AlC2的制备及其对MgH2储氢性能的催化影响

通过无压烧结法制备了固溶体MAX相(Ti_(0.5)V_(0.5))_3AlC_2,研究了其添加对MgH_2储氢性能的影响。结果发现,固溶体MAX相(Ti_(0.5)V_(0.5))_3AlC_2中的Ti和V元素通过协同作用,呈现出更高的催化活性。添加质量分数10%(Ti_(0.5)V_(0.5))_3AlC_2的MgH_2样品的起始放氢温度为230℃,较原始MgH_2降低了60℃。在275℃下等温放氢,(Ti_(0.5)V_(0.5))_3AlC_2添加样品的放氢速率可达0.35%·min~(-1),是原始MgH_2样品的4倍左右。此外,完全放氢后的MgH_2-10%(Ti_(0.5)V_(0.5))_3AlC_2样品在150℃、5 MPa氢压下,可在60 s内吸收4.7%的氢。计算显示,MgH_2-10%(Ti_(0.5)V_(0.5))_3AlC_2样品的表观活化能为79.6 kJ·mol~(-1),较原始MgH_2(153.8 kJ·mol~(-1))降低了48%,这是MgH_2放氢性能得到改善的主要原因。     

柔性TiO2纳米管薄膜电极的制备及其光电性能

采用水热合成法制备出TiO₂纳米管,通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO₂纳米管进行了表征.用烧结的TiO₂纳米管和P25粉末混合制成薄膜电极,并研究了薄膜电极的表面形貌、染料吸附量和光电性能.研究表明,加入TiO₂纳米管可以制备出机械稳定的薄膜;掺杂TiO₂纳米管的含量越多,薄膜电极的染料吸附量越大;掺杂5%烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%.     

新型电解质材料CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3的制备与电性能

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3.通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能. 结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3电解质粉末,1 400 ℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%. 电性能测试表明,CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率(σ_(800 ℃)＝2.24×10~(-3)S/cm)、低的电导活化能(0.89 eV).     

MXene/NR纳米复合材料的制备及性能研究

MXene是一种由MAX(Ti_3C_2T_x)相材料制成的新型金属碳化物和氮化碳二维晶体,因其轻质及高导电性和高机械性能而得到广泛应用。本文选用HF刻蚀Ti_3C_2Al制备出层状MXene,采用乳液共混法制备MXene/天然橡胶(NR)纳米复合材料,考察了MXene用量对MXene/NR纳米复合材料力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,随着MXene用量的增加,复合材料的力学性能明显提高,耐磨性能也随之提高,耐热性也有所提高。当MXene添加量为0.5 phr时,复合材料的拉伸强度提高了84.5%,DIN磨耗体积下降了52.9%。复合材料的扫描电镜照片也表明,MXene在NR基体中的分散较为均匀,该研究为制备高耐磨橡胶制品提供了一种思路和方法。     

Na_2Ti_3O_7纳米片原位制备与钠离子电池负极材料应用（英文）

报道了Na_2Ti_3O_7纳米片的原位生长和钠离子电池负极材料的应用。通过简单的腐蚀市售的钛片制备出相互连接的微纳结构的Na_2Ti_3O_7纳米片。此外,腐蚀后的钦片在不用添加导电剂或粘结剂的情况下,可以直接作为电极材料使用。这种电极材料表现出优越的电化学性能,在50 mA·g~(-1)的电流密度下具有175mAh·g~(-1)的可逆容量,在2000mA·g~(-1)的电流密度下循环3000周后,其容量仍保持120 mAh·g~(-1),容量保持率为96.5%。Na_2Ti_3O_7纳米片电极的优越电化学性能归因于二维结构具有较短的离子/电子扩散路径以及无粘结剂结构能有效的增加电极的电子传导能力。结果表明,这种微纳结构能够有效地克服Na_2Ti_3O_7作为电极材料离子/电子导电性差的缺点。因此,这种无粘结剂结构的Na_2Ti_3O_7纳米片负极材料是一种很有潜力的钠离子负极材料。     

C_3N_4/BiVO_4/Cu_2O复合材料用于纯水中CO_2光还原为甲醇

采用分步合成方法将Cu_2O纳米颗粒原位还原组装到C_3N_4/BiVO_4表面,设计并合成了C_3N_4/BiVO_4/Cu_2O复合材料.在该过程中,首先将具有光氧化能力的BiVO_4与C_3N_4复合制备出C_3N_4/BiVO_4复合物,进一步通过原位合成法在C_3N_4/BiVO_4复合物表面沉积Cu_2O纳米颗粒制备出C_3N_4/BiVO_4/Cu_2O复合材料.通过高分辨透射电镜和高分辨扫描电镜,X射线粉末衍射,紫外-可见光谱及荧光光谱等测试方法对材料的结构、形貌与组成进行了系统的表征.在纯水体系中,光催化研究表明该复合材料具有较好的二氧化碳到甲醇的转化效率,复合材料的形成有利于促进光生电子和空穴的分离,从而提高光催化性能.     

染料敏化太阳电池中双层结构TiO2薄膜空间的电子分布与接触界面转移过程

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了双层结构TiO2薄膜的电子积累和与电解液接触界面的电子转移过程. 通过制备纳米颗粒单层和纳米颗粒/亚微米颗粒双层2种不同微结构的TiO2薄膜电极, 对其电容分布、 局域态密度、 薄膜内部电子传输和固/液界面电子转移过程进行了研究. 分析了纳米颗粒/亚微米颗粒双层结构电极对染料敏化太阳电池(DSC)性能的影响. 结果表明, 一定数量的电子会积累在亚微米颗粒层中引起薄膜电极化学电容的增加. 在纳米颗粒层上端覆盖亚微米颗粒后降低了界面复合电阻, 但对薄膜电极的传输性能影响较小. 因此在筛选和制备DSC散射层材料时除应具有良好的光散射性能外, 还应考虑材料的化学电容和界面转移电阻等因素.     

A strategy to achieve high loading and high energy density Li-S batteries

Lithium-sulfur(Li-S) batteries are one of the most promising rechargeable storage devices due to the high theoretical energy density.However,the low areal sulfur loading impedes their commercial development.Herein,a 3 D free-standing sulfur cathode scaffold is rationally designed and fabricated by coaxially coating polar Ti_3 C_2 T_x flakes on sulfur-impregnated carbon cloth(Ti_3 C_2 T_x@S/CC) to achieve high loading and high energy density Li-S batteries,in which,the flexible CC substrate with highly porous structure can accommodate large amounts of sulfur and ensure fast electron transfer,while the outer-coated Ti_3 C_2 T_x can serve as a polar and conductive protective layer to further promote the conductivity of the whole electrode,achieve physical blocking and chemical anchoring of lithium-polysulfides as well as catalyze their conversion.Due to these advantages,at a sulfur loading of 4 mg cm^-2,Li-S cells with Ti_3 C_2 T_x@S/CC cathodes can deliver outstanding cycling stability(746.1 mAh g^-1 after 200 cycles at1 C),superb rate performance(866.8 mAh g^-1 up to 2 C) and a high specific energy density(564.2 Wh kg^-1 after 100 cycles at 0.5 C).More significantly,they also show the commercial potential that can compete with current lithium-ion batteries due to the high areal capacity of 6.7 mAh cm^-2 at the increased loading of 8 mg cm^-2.     

硫掺杂二氧化钛/碳化钛复合材料的制备及储锂性能

通过二维层状Ti_3C_2的原位水热氧化和气相硫化反应,制备了硫掺杂二氧化钛/碳化钛(S-TiO_2/Ti_3C_2)复合材料,并用于电化学储锂。结果表明,二氧化钛纳米颗粒原位生长在碳化钛片层上,且硫成功掺杂到二氧化钛中。这种S-TiO_2/Ti_3C_2复合结构作为锂离子电池的负极材料,表现出较好的电化学性能。在0.2 A/g的电流密度下循环100圈后,放电比容量稳定在288 m A·h/g,远高于纯Ti_3C_2和TiO_2/Ti_3C_2电极的放电比容量。S-TiO_2/Ti_3C_2复合材料表现出的较高比容量和良好的循环性能,主要归因于复合材料的特殊纳米结构优势:二氧化钛原位生长在碳化钛上,使复合材料具有稳定良好的接触界面,能够促进电子的快速转移,同时可以有效避免循环过程中两种组分的分离;硫在二氧化钛中的掺杂可以提高二氧化钛的导电性,并引入缺陷,提高反应活性。此研究工作为二维材料的原位转化及复合提供了新的思路和研究方法。     

基于Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺复合材料的分散固相萃取-液相色谱法测定尿液中儿茶酚胺类神经递质北大核心CSCD

研究通过一种快速、简便的方法制备了聚酰亚胺功能化的二维碳化钛复合材料Ti_(3)C_(2)T_(x),并用作分散固相萃取吸附剂,结合液相色谱-荧光分析方法对尿液样品中痕量儿茶酚胺类神经递质(CAs)进行分离和分析。利用多种手段对Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺的形貌、性质等进行了表征,并详细考察了萃取参数对Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺萃取儿茶酚胺类神经递质的萃取性能的影响,结果表明,该复合材料可以通过静电、π-π和氢键作用有效富集目标化合物。最佳萃取条件如下:吸附剂用量为20 mg、样品pH为8.0、吸附时间和脱附时间分别为10 min和15 min、解吸溶剂为醋酸-乙腈-水(5∶47.5∶47.5,v/v/v)。将Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺用作分散固相萃取吸附剂与HPLC-FLD联用,建立了一种尿液中CAs的灵敏检测方法,实现了4种CAs物质的定量分析。在最优的条件下,该方法中去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺和异丙肾上腺素的线性范围为1~250 ng/mL,相关系数(r^(2))均大于0.99,检出限LOD(S/N=3)在0.20~0.32 ng/mL之间,定量限LOQ(S/N=10)在0.7~1.0 ng/mL之间,日内精密度相对标准偏差(RSD)在0.7%~1.09%之间,日间精密度相对标准偏差(RSD)在1.73%~4.24%之间,在实际样品中的加标回收率在82.50%~96.85%之间,精密度RSD的范围在2.47%~9.96%之间。基于Ti_(3)C_(2)T_(x)/聚酰亚胺的分散固相萃取-液相色谱法具有萃取速度快、灵敏度高等特点,可以成功用于尿液中CAs的检测分析。     

Ti_(100-δ)Cu_δ(δ=0.02,0.28,1.39,5.65)阴极的制备及电催化还原NO_3~-机理

以Ti板为基体,采用异位电沉积法通过调控电镀时间制备了质量分数(δ)分别为0.02,0.28,1.39和5.65的Ti_(100-δ)Cuδ阴极;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试及NO_3~-处理实验等手段对其微观形貌、物相组成、电催化活性、抗腐蚀性能和产物选择性等进行了表征.结果表明,δ≥0.28时Ti_(100-δ)Cuδ电极表面的Cu镀层呈现(111)晶面择优取向,可有效提高电极稳定性;Cu活性层的形成为NO_3~-的吸附提供了活性点位,增强了电极的电催化性能,但Cu的加入会降低电极抗腐蚀性能;在一定的载铜量范围内,单质Cu对NO_3~-降解产物NO-2的吸附有一定的抑制作用,但会增强NO-2的还原反应活性,提高N2选择系数.应用Ti_(100-δ)Cuδ(δ=5.65)阴极在电流密度为20 m A/cm2、电解时间6 h条件下对NO_3~-进行处理,结果表明,NO_3~-去除率和N2选择系数分别高达75.47%和32.65%,与Ti电极的NO_3~-去除率(39.89%)和N2选择系数(2.19%)相比有显著提高.     

多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极的制备及电容特性

用电化学方法制备了一种多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极。 在不锈钢基体上以聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）在水溶液中形成的液晶作掩膜,通过电化学腐蚀制备了多孔基体电极,用恒电位方法在基体上沉积二氧化锰薄膜。 用扫描电子显微镜对二氧化锰薄膜电极形貌进行了考察,循环伏安法和充放电曲线法测试了二氧化锰薄膜电极的电容。 结果表明,腐蚀后的不锈钢基体呈现多孔特征,孔分布无规律,孔径大小从几十纳米到几百纳米不等,沉积的二氧化锰呈颗粒状,直径为80~90 nm。 扫描速率为20 mV/s,沉积电量0.4 C/cm2时,循环伏安法测得的二氧化锰薄膜电极的质量比电容达400 F/g;沉积电量4~5 C/cm2时,面积比电容达到320 ×10-3 F/cm2,此时的质量比电容仍保持在200 F/g左右。 实验结果表明,多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极在超级电容器领域有潜在的应用前景。     

ZnO-Bi2O3二元陶瓷粉体电化学行为研究

采用电化学阻抗谱和电位-电容测试及Mott-Schottky分析技术研究了ZnO-Bi2O3粉体电极在0.5 mol/L NaCl溶液中的电化学行为. 研究表明, ZnO-Bi2O3粉体表现为n型半导体; 随着Bi2O3含量的增加或混合时间的延长, 粉体的阻抗增大, 空间电荷层电容Csc减小, 载流子浓度ND减小; 经高温烧结成二元压敏陶瓷, 随着混合时间的延长, 电阻片综合电性能越好. 该方法可有效评价二元陶瓷粉体混合均匀性.     

电沉积-烧结法制备Y2O3:Eu荧光薄膜的研究

平板显示是显示技术发展的方向,发光材料的薄膜化是显示技术发展的重要研究对象.本研究采用电沉积-烧结方法制备出了氧化钇铕红色荧光薄膜.在0.1 mol/L硝酸钇溶液中加入4%(摩尔分数)0.1 mol/L硝酸铕掺杂,用三电极体系进行阴极电沉积,工作电极的电位为-1.2 V(相对于Ag/AgCl电极),温度65℃,沉积时间为400 s,500℃灼烧2 h,制备出的发光薄膜与高温固相法制备的薄膜对比,其发射光谱的峰位相同.XRD检测显示经不同温度灼烧后,随温度的升高,氧化钇晶相逐渐完整.经SEM扫描,薄膜沉积均匀平整.     

烧结温度对Ti/RuO2-CeO2超电容性能的影响

以三氯化钌和三氯化铈为原料,以无水乙醇为溶剂,采用热分解法在钛基材上制备了Ti/RuO2-CeO2二元氧化物涂层电极材料,利用XRD,SEM,HR-TEM分析方法对涂层组织结构进行表征,通过循环伏安和充放电曲线来研究涂层的超电容性质.结果表明,300℃烧结制备的电极可获得最大的比电容;烧结温度低于或者超过300℃,电极的超电容性能不佳.分析表明,Ti/RuO2-CeO2的超电容性能与其结构密切相关,氧化物的结构未稳定或发育良好,均不利于提高超电容性能.300℃时涂层形成带有纳米级微晶的非晶组织,获得了高的活性点数和电化学粗糙度.     

PbO-PbI2复合物膜转化的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其光电特性

有机-无机卤化物钙钛矿是一类优异的光电材料. 在过去四年内, 基于有机-无机卤化物钙钛矿的光电器件实现了超过15%的光电转换效率. 而有机-无机卤化物钙钛矿材料的可控制备是保证其在光电器件中应用的基础. 本文采用新的沉积方法在玻璃衬底表面制备了一种典型的有机-无机卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜. 其制备过程是: 采用超声辅助的连续离子吸附与反应法在玻璃衬底表面沉积PbO-PbI₂复合物膜, 之后与CH3NH3I蒸汽在110 ℃环境下反应, 将PbO-PbI₂复合物膜转化成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜. 对CH₃NH₃PbI₃薄膜的微观结构, 结晶性及其光电性能等进行了表征. 结果表明, CH₃NH₃PbI₃薄膜呈晶态, 具有典型的钙钛矿晶体结构. 薄膜表面形貌均匀, 晶粒尺寸超过400 nm. 在可见光范围, CH₃NH₃PbI₃薄膜透过率低于10%, 能带宽度为1.58eV. 电学性能研究表明CH₃NH₃PbI₃薄膜表面电阻率高达1000 MΩ. 高表面电阻率表明CH₃NH₃PbI₃薄膜具有一定的介电性能, 其介电常数(ε_r)在100 Hz时达到155. 本研究提出了一种制备高质量CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜的新方法, 所得CH₃NH₃PbI₃薄膜可望在光、电及光电器件中得到应用.