纳米碳材料非金属催化的研究进展

纳米碳材料直接作为催化剂的非金属碳催化是目前材料科学与催化领域的前沿方向之一.相对于传统金属催化剂,纳米碳材料催化剂具有高效环保、低能耗、耐腐蚀等优点.在烃类转化、化学品合成、能源催化等领域表现出优异的催化性能和发展潜力.综述了近年来纳米碳非金属催化研究的最新进展,主要包括新型纳米碳材料的表面性质、催化特性、反应机理和宏观制备等关键问题,并对纳米碳催化存在的挑战和前景进行了展望.     

碳纳米材料及其在多相催化中的应用

碳纳米材料（包括零维、一维、二维碳纳米材料以及碳纳米孔材料）是一类新型的催化剂或催化剂载体材料,在氧化脱氢、选择加氢、合成氨、氨分解制氢以及燃料电池等多相催化领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来新型碳纳米材料在多相催化领域中的应用研究进展,介绍了这类催化材料的制备方法,重点阐述了碳载体的微/介观结构、掺杂、电子性质、表面性质、限域效应等对所担载的催化活性组分的分散,对反应物的扩散以及对催化反应的活性和选择性等方面的影响。     

石墨烯衍生物作为无金属碳基催化剂在有机催化中的应用

近年来, 随着绿色化学和可持续发展等创新理念的提出, 无金属催化剂逐渐成为催化领域的研究热点和前沿. 石墨烯作为一种新型纳米碳材料, 具有机械强度大、比表面积高、稳定性好、电学性质优异等特点, 经过改性或功能化后的衍生物可以作为无金属碳基催化剂, 在有机反应中展现了良好的应用前景. 本文综述了石墨烯衍生物的结构和性质, 探究了石墨烯基材料的结构与催化活性之间的关系, 总结了此类材料作为无金属催化剂在氧化、还原/氢化、偶联、取代反应以及其他有机反应中的应用和反应机理.     

碳硼烷化学发展之路

碳硼烷分子具有独特的笼状结构,能够表现出三维芳香性和稳定的物理化学性质,这使得碳硼烷不仅能够应用于有机硼化学及金属有机化学,而且在生物学、材料学等领域也有不错的应用前景。本文叙述了碳硼烷化学的发展历史、碳硼烷化合物的结构性质,并简要介绍了碳硼烷近年来在生物医学、发光材料以及催化剂领域的应用,希望对读者了解碳硼烷化学的新进展能够有所帮助。     

无机分子纳米材料的研究进展

无机分子纳米材料是至少在一个维度上为纳米尺寸的分子及以其为单元组成的材料。由于其特殊的结构和性质，这种材料可以作为未来纳米分子电子器件、小分子吸附及储存材料。本文将从合成、结构、性质、应用等方面, 结合最新进展对这一充满活力并有着应用前景的领域作一简要概述。     

碳点的性质及其在化学发光分析中的研究进展

碳点是一种新型的荧光碳纳米颗粒,与传统的半导体量子点相比,碳点具有毒性低、生物相容性好、原料丰富廉价、光稳定性好等特点,得到引了化学、材料和生物等各领域科学家的高度关注。 本文介绍了碳点的基本概念和性质、探讨了碳点在化学发光领域的应用研究进展并进行了展望。     

水滑石基催化剂催化合成碳纳米材料的研究进展

碳纳米材料是一类推动能源存储、 多相催化、 高性能复合和生物医药等领域发展的重要材料, 可控合成碳纳米材料对相关领域的发展具有重要意义. 水滑石(LDHs)材料具有层板金属种类及含量可调等特点, 经焙烧、 还原后可制备出金属种类、 密度和粒径分布各异的高分散、 高稳定金属纳米催化剂, 可实现高效催化生长各种类型的碳纳米材料. 此外, 通过调控反应条件和反应器等, 可以影响LDHs基金属纳米催化剂催化生长的碳纳米材料的结构和性能. 本文总结了LDHs基金属纳米催化剂的可控制备、 碳纳米材料结构调控以及利用LDHs基催化剂制备的碳纳米材料的应用等方面的研究工作, 并阐明了催化剂的可控制备是控制合成碳纳米材料的核心手段, 这为利用LDHs基催化剂进一步合成更高性能碳纳米材料的研究指明了方向. 此外, 本文还结合近些年在光、 电及光热催化方面的研究进展, 展望了基于新型LDHs纳米结构生长碳纳米材料的研究前景.     

碳纳米材料的超分子表面修饰及应用

目前碳纳米材料已经成为纳米科学研究中的热点,它的特殊结构使其具有特殊的物理化学性能,对其进行超分子修饰可以提高其分散性以及赋予其新的性能,已经引起研究人员的广泛兴趣.本文综述了近年来碳纳米材料的超分子修饰以及其应用研究.重点阐述碳纳米管和石墨烯通过不同的超分子作用,如pi-pi相互作用、疏水相互作用、氢键相互作用、静电相互作用等进行修饰制备具有不同功能的超分子碳纳米材料,以及在光电材料、药物和基因传输以及化学生物传感器等领域的应用.     

碳点的设计合成、结构调控及应用

碳点是一类环境友好且性能独特的纳米粒子, 在光电转换、 生物医学、 催化及储能等领域的研究日益活跃. 碳点主要分为碳量子点(CQDs)、 石墨烯量子点(GQDs)和碳化聚合物点(CPDs), 其中CPDs作为一种新型碳点, 具有合成原料广泛、 碳化程度及共轭结构可调且材料相容性好等优点. 本文综合评述了近年来碳点尤其是CPDs的合成方法; 阐述了通过选择前驱体分子、 控制反应条件及掺杂原子等手段实现对其碳化和共轭程度、 晶格和能级结构的调控, 从而建立碳点及其杂化与复合材料微纳结构与性能之间的关系; 最后, 介绍了碳点在生物标记与成像、 光(电)催化、 光电转换及储能等领域的应用, 并对碳点领域的发展前景进行了展望.     

碳化聚合物点的核壳结构与功能

碳化聚合物点作为一类新型的荧光碳纳米点,其高量子产率、独特的碳核和聚合物壳的杂化结构和功能在近些年引起了广泛关注.本文通过系统总结、分析相关文献,揭示了碳化聚合物点不仅具有碳点的典型性质,也具有聚合物的性质.强调了碳化聚合物点的聚合-碳化的本质,并详细讨论了碳化聚合物点的结构特点、制备方法方面的普适性和规律性以及光致发光的机制.最后,基于碳化聚合物点的结构和性能调控,综述了其在传感、光电器件、催化和生物医学等不同领域的应用,并对碳化聚合物点的发展前景进行了展望.     

新型碳纳米材料在低温燃料电池催化剂中的应用

 碳纳米管及其衍生纳米碳材料是一种介于富勒烯与石墨之间的碳的存在形式,具有独特的电子性质. 碳纳米材料可与其表面负载的金属活性相产生一种特殊的载体-金属相互作用; 纳米管中电子转移的动力学行为极佳,并且其特殊的纳米级孔道结构有利于反应物及产物的传质,因此作为低温燃料电池催化剂载体备受关注. 综述了多种新型碳纳米材料如碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米盘、碳纳米角和碳纳米分子筛等在低温燃料电池催化剂中的应用,并对其存在的问题和可能的发展方向进行了讨论.     

荧光碳点的制备方法及其在生物医药领域应用的研究进展

近年来,随着科学技术的不断发展,人们对于纳米碳材料的探索与开发日益增多。荧光碳点作为一种新型的纳米碳材料逐渐出现在大众视野之中,因其具有优异的光学特性、物理与化学性质均较为稳定、生物相容性高,同时拥有高效、无毒或低毒的制备方法而在药物载体、生物成像、探针检测等领域均得到了广泛的应用。本文针对近年来荧光碳点制备方法以及其在生物医药领域的应用进行综述,对荧光碳点的研究前景进行了展望。     

碳包覆纳米金属颗粒的合成研究进展

碳包覆纳米金属颗粒是继富勒烯和碳纳米管之后的又一新型纳米碳材料,在许多领域具有广泛应用前景。本文综述了碳包覆纳米金属颗粒的合成方法,包括：电弧放电法、化学气相沉积法、热解法、液相浸渍炭化法和炭凝胶爆炸法等,简述了形成机理,总结了各自的优缺点,并指出将来的发展方向。     

新型碳材料作为直接醇类燃料电池催化剂载体的评述

 电催化反应过程涉及固、液、气传输以及电子和质子传导, 为确保反应的顺利进行和提高催化剂中贵金属的利用率及延长催化剂的寿命, 理想的电催化剂载体必须同时具备高比表面积、导电性好、合适的孔结构、耐腐蚀以及合适的表面基团等. 为此, 碳载体的改性工作受到关注, 常用的方法是通过酸、碱、氧化和高分子等手段改变载体的结构和表面性质, 以期接近理想电催化剂载体的要求; 同时在开发新型碳载体方面做了更大量的工作. 本文简要评述了商品炭载体如碳黑 Vulcan XC-72R 以及其它的乙炔黑、黑珍珠-2000、Printex XE-2 和 Ketjen Black EC 等碳材料在直接醇燃料电池中的应用, 但对纳米碳纤维、碳纳米管、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、碳纳米卷和碳气凝胶等新型碳载体则进行了较全面的评述. 与商品碳载体相比, 新型碳载体在一定程度上都表现出比 XC-72R 更优的性能, 这主要是因为新型碳材料具有特殊的结构、更高的结晶性能 (导电性) 和更好的传质能力.     

碳材料在电化学储能中的应用

电化学储能材料是电化学储能器件发展及性能提高的关键之一. 碳材料在各种电化学储能体系中都起到了极为重要的作用,特别是近期出现的各类新型碳材料为电化学储能的发展带来了新动力,并展现了广阔的应用前景. 本文综述了碳材料,特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料,在典型电化学储能器件（锂离子/钠离子电池、超级电容器和锂硫电池等）、柔性电化学储能和电化学催化等领域的研究进展,并对碳材料在这些领域的应用前景进行了展望.     

碳基介熵材料:理论与实验

富碳型材料,包括纯碳材料的各种同素异形体、碳基骨架的稠环芳香分子、聚合物、框架材料等,已成为当今材料领域最重要的研究领域之一.在这些研究当中,很大一部分工作都是研究材料本身的结构与性质,而忽略了这些材料之间的内在联系.课本中的很多概念,如同分异构体、同素异形体和拓扑缺陷,已经无法用于深入理解种类和数量繁多的富碳型材料之间的构效关系.这就使得通过改变已知材料的有限结构来调控材料的性质变得工作重复而繁重,且基础理解受限于研究个体上.作者将从材料"熵"的概念入手,尝试理解富碳型材料之间熵的相对高低,并建议基于"介熵"的认识开发新型富碳型材料、开发新型介熵富碳型材料的全新性质.基于对具体的不同的新型富碳型材料的讨论,将"介熵"这一概念引入到同素异形体、同分异构体以及广泛存在于碳材料中的拓扑缺陷的理解上.类似富碳型材料的关系不再模糊地停留在几何结构层面上,为今后介熵富碳型材料及其他介熵材料的开发提供参考.     

水热碳材料在分离分析中的应用研究进展

水热碳材料是一种由糖类或含碳有机物经过水热反应制备的新型功能材料,具有来源丰富、绿色环保、亲水性、易修饰等优点,已广泛应用于催化剂载体、能源电极材料、环境吸附剂等方面。其中,水热碳在吸附领域的应用显示出其与特定分子的相互作用,近年来,水热碳材料作为分离富集固相基质,在色谱固定相以及生物样品处理领域逐渐得到应用。该文主要综述了水热碳材料在离子化合物、极性化合物、磷酸化肽段和糖基化肽段分离分析等方面的最新应用,讨论了水热碳材料在实际分离分析应用中的优点和局限性,并就水热碳材料在该领域的应用前景进行了展望。     

电化学储能及传感器用氮化碳基复合材料设计策略

理性设计的氮化碳(C_3N_4)基纳米复合材料具有优异的电子结构和光电化学性能。这使其不仅局限于光催化领域,更已经成为电化学催化领域的新宠。通过调控纳米结构,可以协同发挥复合材料性能激发电化学性能。以电化学储能及传感应用为目标,材料结构为切入点,深入分析并综述了石墨相氮化碳及其复合材料的材料设计方法、结构和性能,为进一步深化g-C_3N_4的科学化应用提供思路。     

基于碳纳米材料载体的氢气传感器

氢气作为高效洁净的二次能源备受关注,但由于氢气无色无味、易爆炸,因此在使用的过程中必须对环境中的氢气进行检查。这就决定了氢气传感器在现代工业、燃料电池及氢的贮存和分离等的氢检测方面有着重要的应用。开发灵敏度高、选择性和稳定性好的氢气传感器一直是传感器领域研究的重要方向。由于具有独特的物理化学性质、高的比表面积和优越的电子特性,碳纳米材料常作为氢气传感器的敏感材料的载体。碳纳米复合材料在吸附氢气之后,其电子性质会发生变化,利用这个性质可以实现对氢气的检测。本文就碳纳米材料与金属纳米粒子、金属氧化物、聚合物的复合材料的氢敏感材料进行了系统的分析,综述了近年来基于碳纳米材料的氢气传感器的研究进展,并对氢气传感器的应用前景和发展趋势进行了展望,指出了需要研究的科学问题。     

手性金团簇的制备、性质及应用

手性作为生命体固有的自然属性广泛存在于从微观到宏观的自然界中,其现象包括具有高度手性偏好的生物小分子(如L-氨基酸和D-糖),具有不对称空间构象的生物大分子(如DNA双螺旋链),以及其他所有由手性分子或手性结构参与的生理和生化过程。研究者们成功地把分子手性引入到金团簇的表面诞生了一种新的材料——手性金团簇,这种新型纳米级的手性材料实现了手性信号从分子尺度到纳米尺度的跨越。作为一类集表面手性、特殊光学活性和金团簇独特性质于一体的新型纳米材料,手性金团簇在手性催化、手性识别、分子检测等领域具有广泛的应用前景。本文主要综述了手性金团簇的制备、表征、性质及应用,并对其发展前景及面临的挑战进行了总结与展望。