碳化硅衍生碳/球形天然石墨复合材料的制备及其结构调控

为满足储能领域对于材料兼具高能量密度和高功率密度的需求, 本文旨在将具有特殊孔隙结构的碳化物衍生碳与具有高导电性和高能量存储密度的石墨化碳(球形天然石墨)相复合, 制备得到一种多孔碳化硅衍生碳/球形天然石墨(SiC-CDCs@NG)复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、N₂吸/脱附等方法对材料的组成、结构、形貌、孔结构和比表面积等进行了表征. 结果表明,SiC-CDCs@NG材料具有较大的且可调节的比表面积和微孔体积, 微孔孔径集中在0.5-0.7 nm范围内; 通过改变NG/Si 摩尔比, 可以有效调控CDCs壳和NG核在复合材料中的组成分布、CDCs微孔的体积、孔径分布和比表面积.     

1,2,3-三唑羧酸铜(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构与性质

通过水热的方法制备了两个新的1,2,3-三唑羧酸铜配合物:[Cu(L1)2· 2H2O](1)和[Cu(L2)2]n(2)(HL1=4-苯基-1,2,3-三唑-1-乙酸,HL2=4-苯基-1,2,3-三唑-2-乙酸),并利用红外光谱、质谱(MS)、核磁共振氢谱(1 H NMR)、元素分析、X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射和热重分析进行了表征.晶体结构表明:配合物1中,每一个单核分子通过分子间氢键作用形成二维层状结构.配合物2中,铜原子通过与羧基上的氧原子采用顺-反双齿桥联,形成了二维的网状结构,进一步通过每层网状结构间的π-π堆积作用形成三维超分子结构.磁性测试结果表明配合物2在低温下表现为铁磁性相互作用.     

部分还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的水热合成及其光催化活性

采用水热法以Hummers氧化法制备的氧化石墨和钛酸四丁酯为原料制备了部分还原的氧化石墨烯/二氧化钛(RGO/TiO₂)复合光催化剂, 并研究了该复合材料在可见光以及紫外光下对亚甲基蓝的光催化降解活性.结果表明, 通过改变反应温度和氧化石墨加入量可以调控TiO₂的晶相组成及其在复合材料中的分散性; 在水热反应过程中氧化石墨烯发生了部分还原; 所制备的RGO/TiO₂复合材料的可见光和紫外光催化活性均高于纯TiO₂; 部分还原的氧化石墨烯在复合材料中担当载体和电子受体, 同时可以使TiO₂的初始吸收边向可见光区域红移, 增强了TiO₂在可见光区域的吸收, 能有效提高对目标污染物的吸附性和光催化降解活性.     

1,2,3-三唑二羧酸镉(II)配位聚合物的合成、晶体结构与性质

利用低温水热法合成了两个新的镉配位聚合物:[Cd(L1)(H2O)2]n(1)和[Cd(L2)(H2O)]n(2)(H2L1=1-羧甲基-4-(2-羧甲氧基苯基)-2H-1,2,3-三唑,H2L2=2-羧甲基-4-(2-羧甲氧基苯基)-2H-1,2,3-三唑,利用X-射线单晶衍射、红外光谱、核磁共振(1H NMR)、元素分析、X-射线粉末衍射和热重分析对配体和配位聚合物进行了表征.晶体结构分析表明配位聚合物1和2为二维结构;两种完全去质子化的配体以μ4为配位模式分别与镉离子形成二维配位聚合物,配位聚合物1呈现双节点(4,4)连接的{44·62}拓扑结构,配位聚合物2则呈现{43·63}拓扑结构.同时,在室温下研究了配体和配位聚合物的固体荧光性质.     

不同碳源气制备纳米碳管的研究

本研究采用CH4和C3H6两种碳源气,通过有机气体催化裂解法,在合适的工艺条件下,分别制备出纳米碳管。并用XRD、TEM、BET吸附等方法对制得的纳米碳管进行了表征。实验结果表明:采用两种碳源气制备的纳米碳管,其形貌有所不同。     

炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响

以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs~(-1)200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g~(-1)电流密度下比容量高达204 F·g~(-1),1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g~(-1)时依然具有高比容量(149 F·g~(-1)),表明ACFs~(-1)200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。     

二氧化钛涂覆多壁碳纳米管的制备及可见光催化活性

以多壁碳纳米管(MWCNTs)为反应性模板, 金属钛粉为钛源, 采用熔盐法制备碳化钛涂覆的MWCNTs中间体, 然后通过控制氧化制备二氧化钛涂覆的MWCNTs复合光催化剂. 考察了熔盐反应温度、MWCNTs和钛粉的摩尔比及氧化温度等对产物的结构和形貌的影响. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了系统的表征; 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了催化剂的可见光(λ>420 nm)催化活性. 结果表明: 所制备的催化剂基本保持了原始MWCNTs的纤维状形貌, 二氧化钛涂层在MWCNTs表面分布均匀, 并与MWCNTs之间结合紧密, 形成了Ti－O－C键. MWCNTs增强了污染物亚甲基蓝在催化剂表面的吸附, Ti－O－C键的形成使得在二氧化钛价带附近形成了杂质能级, 提高了对可见光的吸收和利用, 因此所制备的TiO₂/MWCNTs复合光催化剂表现出较高的可见光催化活性.     

中空Ta2O5/TiO2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）漫反射（DRS）及N₂物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀（20~30 nm）,碳化物主要以TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO₂与Ta₂O₅通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

溶剂热氧化少层Ti3C2 MXene制备二维TiO2/Ti3C2复合光催化剂

为了改善TiO_2光催化剂光生电子-空穴对复合率高、太阳光利用率低的缺陷,采用溶剂热法控制氧化剥离的少层Ti_3C_2MXene(DL-Ti_3C_2),制备TiO_2/DL-Ti_3C_2复合光催化剂,并通过降解罗丹明B溶液,研究其光催化性能。结果表明,TiO_2/DL-Ti_3C_2复合光催化剂能有效吸收可见光,且光催化性能明显优于DL-Ti_3C_2和P25。当溶剂热氧化温度为160℃时,复合材料具有最佳的光催化性能。当氧化温度过低时,催化剂中形成的TiO_2量不足,产生的光生电子-空穴对数量较少,导致催化剂性能较差;当氧化温度过高时,DL-Ti_3C_2减少,降低了材料导电性,光生电子-空穴对复合效率高,导致催化剂性能变差。因此,通过改变DL-Ti_3C_2的氧化温度,可以调控TiO_2/DL-Ti_3C_2复合材料中TiO_2和DL-Ti_3C_2的相对含量,使二者产生协同作用提高复合光催化剂的可见光催化活性。