中空Ta_2O_5/TiO_2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TaTiC_2纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC_2/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta_2O_5/TiO_2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Ta_2O_5/TiO_2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TaTiC_2晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta_2O_5/TiO_2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,TiO_2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。nTi∶nTa=2.5∶1.5时,相应的中空Ta_2O_5/TiO_2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%。     

二维材料V2C MXene的制备与应用

MXenes是二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物的总称,因其独特的物理和化学性质被广泛应用于储能、催化、电磁等领域。作为MXenes中重要的一员,V₂C MXene具有高导电性和低离子传输势垒的特性,并且多氧化态的钒元素使其也具有赝电容特性。因此,V₂C MXene在许多方面尤其是电化学储能上表现出优异的性能,但是V₂C MXene较高的形成能所导致的制备难度大和结构的不稳定性制约了其发展。本文综述了V₂C MXene在制备、结构、性能和应用方面的研究进展,重点关注制备方法和在电化学储能以及电催化析氢上的应用。同时对V₂C MXene存在的主要问题、未来的研究方向和应用前景进行了展望。     

铁基氮化物在储能及电催化领域中的研究进展

氮化铁具有硬度高、熔点高、热导性高、耐腐蚀、安全无污染、电子导电性优异以及类铂的电子结构等优势,且其原材料资源丰富、成本低廉,在储能与电催化等众多领域中有着极大的应用前景。本文综述了铁基氮化物在结构、制备、性能和应用方面的研究进展,重点关注其制备方法和在储能领域(如锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池)、电催化领域(如氢析出反应、氧析出反应、氧还原反应)中的应用,同时对铁基氮化物存在的主要问题进行了总结,对其未来的研究方向和应用前景进行了展望。     

碳化硅衍生碳的制备及其超级电容性能

以聚碳硅烷(PCS)为原料,通过不同温度高温热解制备碳化硅(Si C)前驱体,将得到的碳化硅前驱体在1 000℃条件下采用氯气刻蚀,成功制备了碳化硅衍生碳(Si C-CDCs)。采用X-射线衍射光谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)和N2吸附-脱附法等表征方法,研究了热解温度对Si C前驱体及Si C-CDCs的物相、形貌、孔结构和分布的影响;并将制备的材料作为超级电容器的电极材料,测试了其电化学性能。结果表明:采用氯气刻蚀聚碳硅烷热解生成的Si C,可以得到具有较高比表面积和亚纳米孔(1 nm)的Si C-CDCs;Si C-CDCs用作超级电容器的电极材料,具有较高的比电容且在不同的电流密度下均表现出良好的电容性能。     

Fe2O3/Al2O3二元气凝胶合成高质量单壁纳米碳管

通过溶胶和超临界干燥方法制得了Fe₂O₃/Al₂O₃二元气凝胶，其比表面积和孔隙体积分别为246 m²·g^-1和1.89 cm³·g^-1，并具有较宽的孔径分布。以Fe₂O₃/Al₂O₃二元气凝胶作催化剂，通过甲烷催化裂解成功地合成了高质量的单壁纳米碳管。利用FESEM、TEM和HRTEM、Raman光谱等分析手段研究了反应温度对单壁纳米碳管生长的影响。结果表明在900 ℃时合成单壁纳米碳管的质量较高，并且合成的炭产物为毡状，该炭产物主要为高质量的单壁纳米碳管。     

碳化硅衍生碳的制备及其超级电容性能

以聚碳硅烷（PCS）为原料，通过不同温度高温热解制备碳化硅（SiC）前驱体，将得到的碳化硅前驱体在1 000℃条件下采用氯气刻蚀，成功制备了碳化硅衍生碳（SiC-CDCs）。采用X-射线衍射光谱（XRD）、拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附法等表征方法，研究了热解温度对SiC前驱体及SiC-CDCs的物相、形貌、孔结构和分布的影响；并将制备的材料作为超级电容器的电极材料，测试了其电化学性能。结果表明：采用氯气刻蚀聚碳硅烷热解生成的SiC，可以得到具有较高比表面积和亚纳米孔（<1 nm）的SiC-CDCs；SiC-CDCs用作超级电容器的电极材料，具有较高的比电容且在不同的电流密度下均表现出良好的电容性能。     

多壁碳纳米管的制备及改性处理

用自制的镍 硅二元气凝胶作催化剂,合成了多壁碳纳米管.甲烷在680℃催化裂解120min,再升温至800℃继续裂解20min,得到多壁碳纳米管.TEM、HRTEM和Raman光谱分析表明,所得多壁碳纳米管与高定向石墨具有相似的层状结构,其管径分布均匀,约15～30nm左右,长径比大,管端封闭,并含有金属催化剂粒子;采用不同方法改性处理,发现经过稀硝酸浸泡和空气氧化处理后,能去除碳管中金属催化剂,同时碳纳米管管长变短,端帽开口,能有效利用内表面,比表面积增大.     

六方短棒状ZnO/氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

以乙酸锌为锌源,NaOH溶液作为沉淀剂,采用水热法结晶得到六方短棒状ZnO颗粒.再以化学氧化法制备的氧化石墨烯为改性剂,在ZnO颗粒合成过程中加入不同量的氧化石墨烯(GO)分散液.在水热条件下ZnO颗粒与氧化石墨烯片发生自组装形成ZnO/GO复合材料.通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)与紫外-可见漫反射光谱(DRS)对样品的物相组成、显微形貌、官能团特征及光学性质进行表征.在紫外光和可见光照条件下,分别研究了ZnO及不同GO含量的ZnO/GO复合材料对亚甲基蓝(MB)的光催化降解活性.结果表明:合成的ZnO为六方短棒状形貌,且GO的加入量对样品的形貌产生较大影响,同时GO可以有效促进光生电子和空穴的分离,所得ZnO/GO复合材料在紫外光光照条件下对MB具有良好的光催化降解性能,而在可见光光照下光催化活性很低,从而推测ZnO极性面与非极性面的暴露比例对复合样品的光响应范围及其光催化性能产生重要影响.     

热处理对富氮碳纳米纤维结构及储锂性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)为原料,经静电纺丝、稳定化和碳化,制备了碳纳米纤维(CNFs)。系统地研究了氮的种类及含量对锂离子电池(LIBs)中Li+的储存性能和负极容量的影响。碳化过程中纤维从无定形碳向石墨化碳结构转变,含氮官能团减少,结构的变化对Li+在CNFs电极中的存储位置有很大的影响。结果表明,Li+不仅可以存储在石墨化碳层之间,还可以存储在氮功能化引起的缺陷部位,后者主要是由于碳材料的氮掺杂而使LIBs的电化学性能改善。碳化温度为600℃时,可以产生足够高的氮含量,从而提高电极的容量。在电流密度为0.1 A·g^-1时,循环200次之后比容量高达560 mAh·g^-1,即使在1 A·g^-1的高电流密度下,循环1000次比电容量仍然保持在200 mAh·g^-1。     

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.