基于5-氨基水杨酸的碳量子点用于测定高锰酸根

采用简单的水热法制备了以5-氨基水杨酸为前驱体的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)。合成的NCQDs呈球形,平均粒径3.45 nm,表面含有丰富的功能基团。在紫外灯照射下,N-CQDs发出绿色荧光,荧光量子产率为10.4%,最大激发和发射波长分别为340 nm和502 nm。加入MnO₄^-后,N-CQDs的荧光强度呈浓度依赖性猝灭,基于此,构建了灵敏的“开-关”型纳米探针。通过考察紫外-可见吸收光谱、荧光寿命和Stern-Volmer常数,MnO₄^-猝灭N-CQDs荧光归因于内滤效应和静态猝灭。在优化条件下,N-CQDs检测MnO₄^-的线性范围为0～14μmol/L,检出限(LOD)为0.14μmol/L。N-CQDs对水中常见的其他阳离子和阴离子表现出优良的选择性和抗干扰能力。该方法已成功应用于湖水中MnO₄^-的测定。     

AISI 4340钢干滑动摩擦磨损特性研究

室温条件下,采用CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 4340钢进行了往复干摩擦磨损试验,研究了其摩擦磨损特性.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨痕和亚表层进行了观察和检测,分析了磨损表面微观形貌、亚表层塑性变形和碳氧元素含量演化.结果表明:磨损形式以磨粒磨损为主,并伴随轻微黏着磨损和剥落磨损;磨损表面分布着长度、宽度、深度不一的划痕以及鳞片状和颗粒状磨屑;磨损表面出现轻微氧化,磨屑呈现不同程度的碳富集和氧化;亚表层出现明显摩擦影响层,距表层越近,塑性变形越明显,晶界角逐渐汇聚于表面,在表面处趋于平行;往复运动导致塑性变形方向不一致,磨痕中部,塑性变形向某位置聚集.     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

苯甲酰咪唑过氧化反应

以苯甲酰咪唑和叔丁基过氧化氢为反应物,1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)为催化剂,乙睛(CH₃CN)作为反应溶剂,合成了过氧化叔丁酯类化合物。 分别考察了不同催化剂及其用量、原料配比、溶剂、温度和时间对反应的影响,在最优条件下,共得到25个目标产物,收率范围为45%~99%。 目标化合物经核磁共振氢谱、核磁共振碳谱以及质谱进行了结构表征。 该方法具有操作简单、反应条件简单温和、产物收率高及底物适用性好等优点,为过氧化叔丁酯类化合物的合成提供了新的思路。     

基于环己酮氧化脱氢构建碳-碳与碳-杂键

环己酮是一种廉价易得的大宗有机化工产品,被广泛用作有机合成反应的原料和中间体。脱氢芳构化是合成功能化芳烃的有效途径,使用环己酮作为反应底物,经过亲核加成、脱水和催化脱氢可以将非芳香的有机分子转化为芳香化合物。与传统的芳基化反应相比,该策略避免了苛刻的反应条件和含卤化合物的生产,克服了化学和区域选择性难以控制的难题,为功能化芳烃的合成提供了一条温和、环保的途径。本文就近年来以环己酮为原料,进行氧化脱氢、直接构建碳-碳和碳-杂键,及通过碳-杂键的形成合成杂环化合物的研究现状进行介绍。     

自支撑柔性氮掺杂碳织物电极的制备与性能研究

本文以纯棉织物为基底,吡咯单体为氮源,采用简单的原位聚合-高温煅烧的方法制备了自支撑柔性氮掺杂织物（N-CT）. 利用傅立叶红外技术、X射线光电子能谱、比表面积测试、扫描电子显微镜对所得产物进行结构与形貌表征. 结果表明,碳化后聚吡咯主要以纳米碳球包覆在碳织物表面,N-CT电极的比表面积为495.0 m²·g^-1,其含氮量为2.26%. 电化学测试表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下N-CT电极的比电容器为256.2 F·g^-1,经过5000次的恒流充放电循环后电容保持率为98.3%,库伦效率保持率在98.8%左右,具有良好的柔性和机械性能.     

可见光诱导提升Pt/g-C3N4纳米片甲酸氧化性能的研究

以半导体材料类石墨氮化碳纳米片(g-C₃N₄纳米片)为载体,通过微波-多元醇法构筑了Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂. 通过TEM、XRD、XPS、紫外-可见吸收光谱等方法对Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂的粒径尺寸、组成、结构、光学等性质进行分析. 通过对比可见光照和暗室条件下的甲酸电氧化活性,Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂在可见光照射下展现出良好的催化性能. 该性能的提高一方面可能是由于g-C₃N₄纳米片在可见光照射下加速了电子从Pt转移给g-C₃N₄纳米片,Pt处于“电子匮乏”状态,可削弱CO与Pt之间的化学键能,减弱CO在Pt表面的吸附能力,促进了CO的氧化,提高了催化剂抗中毒能力;另一方面,g-C₃N₄纳米片在光照条件下分离出的空穴可有效氧化甲酸分子,提高甲酸氧化活性. 因此,可见光条件下可有效提高Pt/g-C₃N₄纳米片催化剂甲酸催化氧化活性,这为直接甲酸燃料电池的发展提供了新思路.     

玻碳材料脉冲电沉积纳米晶体镍的制备及其性能研究

由于纳米晶体镍具有电催化甲醇的活性,本文采用双脉冲法在玻碳表面上电沉积制备了纳米晶体镍,并分析了脉冲条件对其晶粒尺寸的影响。电沉积的溶液组成为300 g·L^-1 NiSO₄·6H₂O,45 g·L^-1 NiCl₂·6H₂O,40 g·L^-1 H₃BO₃,5 g·L^-1 C₇H₅NO₃S,0.05 g·L^-1 C₁₂H₂₅NaO₄S,最优的脉冲工艺参数是脉冲平均电流密度为100 mA·cm^-2、脉冲占空比为30%,脉冲频率为100 Hz, pH为1.5、温度为55 ^oC。利用XRD、TEM、循环伏安以及电化学阻抗分析了纳米晶体镍的晶粒尺寸、结构及性能。制备的电沉积层致密均匀,为典型的面心立方结构,晶体镍的平均粒径在18 nm左右,玻碳材料表面上通过电沉积得到的纳米晶体镍在碱性环境下对甲醇具有良好的电催化活性。     

酸处理的碳作为阳极电催化剂用于直接抗坏血酸碱性膜燃料电池

为改善电催化活性和亲水性,作者对商业碳黑（BP2000）进行了酸处理,获得了酸处理碳（ATC）. 通过X光电子能谱、红外光谱、热重和接触角测试的表征方法证明了酸处理在碳表面产生了丰富的含氧基团. 本文首次利用紫外可见光谱测试了碱性条件抗坏血酸（AA）在空气中的化学氧化活化能,结果为37.1 kJ·mol^-1. 另外,利用交流阻抗谱对碱性条件下ATC作为电催化剂时AA的氧化反应的活化能进行了评价. 碱性条件下,AA在单电池中有无ATC电催化剂层条件下的活化能分别为26.5和34.5 kJ·mol^-1,活化能的降低表明ATC是一种有效的阳极电催化剂. 作者将ATC应用于直接碱性膜AA燃料电池（DAAFCs）作为阳极电催化剂,并且对DAAFC中一系列参数进行了优化,包括催化剂在膜（CCM）或气体扩散层（CDM）上的喷涂方法、阳极电催化剂的载量、阳极电催化剂中碱性聚合物的比例. 结果表明,采用CCM的膜电极制备方法、0.5 mg·cm^-2的ATC载量、25wt%的碱性聚合物添加比例时,DAAFCs单池的功率密度可达18.5 mW·cm^-2,远高于使用商品PtRu/C（5 mW·cm^-2）做阳极电催化剂的单池. 在寿命测试中,使用溶解于1 mol·L^-1 NaOH水溶液中的 0.5 mol·L^-1 AA作为燃料（流速15 mL·min^-1）,DAAFCs单池的功率密度可以在25 min内维持在4 mW·cm^-2以上（75 °C）.     

石墨相氮化碳的模板法制备、表征及光催化性能测试综合化学实验

采用简单原料（单氰胺、硅溶胶）利用模板法制备石墨相氮化碳,并对所得产物进行结构表征与形貌分析。采用光催化降解亚甲基蓝实验评价石墨相氮化碳的可见光催化性能,得到降解反应动力学方程与降解速率常数。通过实验,可使学生熟悉纳米材料可控制备中常用的模板法,对产物的测试与表征有利于加深学生对光催化材料结构与性能的了解。实验涉及多个学科领域,有利于拓宽学生知识面,培养学生科研创新能力。