高浓度氮掺杂多孔石墨烯的可控制备及类酶催化性质

通过改进的Hummer法合成氧化石墨烯（GO）,然后以氨水为氮源,经过一步水热法温和地制备了具有丰富纳米孔的氮掺杂还原氧化石墨烯（N-RGO）筛网状片层。N-RGO显示出高效的类酶催化活性,可以催化氧化多种有机化合物发生显色反应,如3,3'',5,5''-四甲基联苯胺（TMB）、邻苯二胺（OPD）、2,2''-叠氮基-二（3-乙基苯并噻唑啉磺酸）（ABTS）等。利用透射电子显微镜（TEM）、Raman光谱和X射线光电子能谱（XPS）对其进行系统表征。通过平行试验证明N-RGO催化氧化TMB是氧气参与的高效4电子转移反应过程。催化性能测试表明N-RGO相对辣根过氧化物酶（HPR）表现出了更强的耐受性,在较宽范围内（温度25~85℃,pH值4~7,NaCl浓度0~100 mmol·L^-1）均具有类酶催化活性。通过Michaelis-Menten模型的拟合可知,当GO浓度为5 mg·mL^-1时合成的N-RGO表现出较低的米氏常数（K_m≈0.2 mmol·L^-1）和较高的反应速率（v_max≈0.07 μmol·L^-1）。     

光热效应增强的Au/RGO/Na2Ti3O7光催化加氢性能

将典型的光热等离激元石墨烯和纳米金简便地负载在钛酸钠(Na₂Ti₃O₇)载体上, 构建出具有较窄禁带宽度和较高光催化活性的Au/RGO/Na₂Ti₃O₇光热辅助光催化体系. 研究发现, 石墨烯片层与金纳米颗粒在光照下, 通过局域表面等离激元共振效应诱导产生大量的热电子, 以活化反应物并降低反应活化能, 其引发的光热效应还可精准提升光催化体系中反应位点附近的温度, 从而大幅提升光催化反应速率. 通过构建特殊微支结构, 进一步增强了Au/RGO/Na₂Ti₃O₇催化剂对光的捕获, 并限域锚定高表面能催化剂以增强体系的稳定性. 在光热、 光催化的高效协同增强下, Au/RGO/Na₂Ti₃O₇催化剂体系对对硝基苯酚和肉桂醛的加氢反应均表现出增强的光催化活性. 光热辅助下的Au/RGO/Na₂Ti₃O₇光催化剂在对硝基苯酚反应中的转换频率（TOF）值高达54.4 min^-1, 反应活化能显著降低至15.78 kJ/mol, 且其在长效测试中表现出良好的稳定性（4次循环催化后, 转化率的保持率近90%）.     

静电纺丝法制备纳米氧化铟锡及其导电性能

采用静电纺丝-溶胶凝胶法,以SnCl2、InCl3、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等为原料,乙醇胺为水解控制剂,合成了超细氧化铟锡(ITO)纳米纤维及富氧缺陷的ITO纳米颗粒。采用透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、X射线电子能谱(XPS)、四探针电阻仪,系统研究了超细ITO纤维及颗粒的形貌、晶型、氧缺陷及导电性能。在400℃空气煅烧后,纤维中的PVP高分子骨架发生热分解,获得超细、多孔ITO纳米纤维,晶型为立方相。进一步升高煅烧温度至800℃,ITO纳米纤维转变为富氧缺陷的纳米颗粒,晶格氧空位含量高达38.9%。随着煅烧温度升高,Sn4+掺入到In₂O₃晶格中,发生晶格膨胀,晶面间距增大。煅烧温度由400℃升高至800℃,未发生立方相向六方相的转变,晶型稳定,晶粒尺寸从32 nm生长到44 nm,晶格应变(ε0)从1.943×10^-3减小至1.422×10^-3,应变诱导的晶格弛豫逐渐减小。此外,高温煅烧可抑制In₂O₃晶粒(111)晶面的增长,随着In₂O₃的(400)与(222)晶面比值(I₍₄₀₀)/I₍₂₂₂))的增加,ITO电导率逐渐升高。在800℃获得的ITO纳米颗粒导电率最高。     

静电纺丝法制备纳米氧化铟锡及其导电性能

采用静电纺丝-溶胶凝胶法,以SnCl₂、InCl₃、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等为原料,乙醇胺为水解控制剂,合成了超细氧化铟锡（ITO）纳米纤维及富氧缺陷的ITO纳米颗粒。采用透射电子显微镜（TEM）、选区电子衍射（SAED）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、X射线电子能谱（XPS）、四探针电阻仪,系统研究了超细ITO纤维及颗粒的形貌、晶型、氧缺陷及导电性能。在400℃空气煅烧后,纤维中的PVP高分子骨架发生热分解,获得超细、多孔ITO纳米纤维,晶型为立方相。进一步升高煅烧温度至800℃,ITO纳米纤维转变为富氧缺陷的纳米颗粒,晶格氧空位含量高达38.9%。随着煅烧温度升高,Sn⁴⁺掺入到In₂O₃晶格中,发生晶格膨胀,晶面间距增大。煅烧温度由400℃升高至800℃,未发生立方相向六方相的转变,晶型稳定,晶粒尺寸从32 nm生长到44 nm,晶格应变（ε₀）从1.42×10^-2减小至1.04×10^-2,应变诱导的晶格弛豫逐渐减小。此外,高温煅烧可抑制In₂O₃晶粒（111）晶面的增长,随着In₂O₃的（400）与（222）晶面比值（I_（400）/I_（222））的增加,ITO电导率逐渐升高。在800℃获得的ITO纳米晶粒导电率最高。     

光还原法合成Pt/Fe2O3/氮掺杂还原氧化石墨烯催化剂及其抗烧结性能

采用静电纺丝法获得的多孔Fe₂O₃纳米棒与氮掺杂还原氧化石墨烯(N?RGO)的复合材料作为载体,通过光还原法成功制备清洁、高活性的Pt/Fe₂O₃/N?RGO催化剂,并进一步研究其中的光还原反应机理和催化剂的抗烧结性能。研究结果表明,在可见光照射下,Fe₂O₃对光的强吸收作用促使光生电子和空穴的产生,N?RGO有效延长光生载流子的寿命,使得电子从O^2-转移到Fe³⁺。Fe₂O₃/N?RGO中部分还原的Fe²⁺具有较强的还原能力,可使PtCl₆^2-在Fe₂O₃表面还原并迅速成核,生长为粒径约2.13 nm的Pt纳米颗粒。此外,甲醇作为空穴清除剂可以快速有效地消耗掉扩散到载体表面的光生空穴,使导带中积累的电子与PtCl₆^2-发生还原反应,从而提高Pt纳米颗粒的光还原速率。电纺Fe₂O₃纳米棒独特的粗糙表面为Pt纳米颗粒异相成核提供了大量活性位点。富含点缺陷的N?RGO片层能缩短Fe₂O₃的光生载流子扩散路径,提高光沉积的效率;同时,其特征褶皱结构可以作为物理屏障,防止Pt纳米颗粒聚集。得益于金属与载体间的强相互作用,在500℃高温老化后,Pt纳米颗粒仍能维持较小的尺寸(2.67 nm),表现出优良的抗烧结性能。在对硝基苯酚加氢反应中,Pt/Fe₂O₃/N?RGO在400℃老化后仍具有高达22.2 L·g^-1·s^-1的反应速率常数,约为老化前的1.6倍。