直流电电化学沉积镍制备原位生长碳纳米管化学修饰电极

利用直流电电化学沉积法将生长碳纳米管(CNT)的催化剂镍均匀地附着在石墨电极(GE)表面,再通过化学气相沉积法制备得到原位生长碳纳米管化学修饰电极(GSCNT-CME).电化学沉积的金属镍和所制备的修饰电极分别用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDX)进行表征,所得修饰电极的电化学性能用[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-溶液进行表征.结果表明:经直流电电化学沉积,可以在石墨电极表面沉积一层致密的金属镍,能生长出管径均匀的碳纳米管,所制得的修饰电极具有良好的电化学响应灵敏性和准确性,可在电化学检测领域发挥重要的应用.     

n型金刚石薄膜催化生长碳纳米管

研究了n型金刚石薄膜作为催化剂生长碳纳米管的方法.首先采用丙酮裂解化学气相沉积(CVD)法制备均匀的n型金刚石薄膜,然后采用乙醇为碳源的CVD法,在850、900和950℃下,分别在n型金刚石薄膜上制备了碳球、竹节状碳管和多壁碳纳米管.所得产物用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱表征.实验结果表明产物的形貌与反应温度有关.我们还提出了与金刚石催化生长碳纳米管结果相符的实验机理.     

聚1,4-二氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物的制备及其电化学性质研究

以多壁碳纳米管为基板,运用简单磁力搅拌方法,通过π-π堆积作用,使1,4-二氨基蒽醌负载于多壁碳纳米管材料上,获得了聚氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物(PDAAQ/MWCNTs)。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)等方法对PDAAQ/MWCNTs的结构和性能进行表征。结果发现3~4 nm厚的聚氨基蒽醌层原位生长在多壁碳纳米管上,这种独特的结构极大地增加了复合物的比表面积和聚氨基蒽醌的利用率。分散性能好的PDAAQ/MWCNTs复合物具有高的赝容性能。     

含氟聚合物修饰碳纳米管及其聚氨酯复合疏水膜的研究

利用羟基碳纳米管上的羟基与2-溴异丁基酰溴之间的简单反应, 在碳纳米管上引入了含溴ATRP引发剂, 并进一步引发含氟丙烯酸酯的ATRP聚合, 从而在碳纳米管表面接枝上了低表面能的含氟聚合物. 红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和透射电镜(TEM)的研究结果表明碳纳米管与含氟聚合物之间为化学键连接. 以此低表面能聚合物包裹的碳纳米管作为填充粒子, 采用溶液浇铸方法制备了聚氨酯/碳纳米管复合膜, 并利用溶剂四氢呋喃(THF)刻蚀表面获得了不同碳纳米管裸露程度的复合膜材料. 静态接触角测试结果表明, 无论是羟基碳纳米管还是低表面能修饰的碳纳米管均可提高其复合膜的疏水性能, 且其疏水性能随碳纳米管含量的增加而增加; 相同含量时, 含氟聚合物接枝后的碳纳米管使复合膜具有更佳的疏水性能, 膜表面经溶剂刻蚀后可显著提高其疏水性能. 采用扫描电子显微镜(SEM)研究了加入碳纳米管和溶剂刻蚀对聚合物表面微观结构以及材料表面疏水性能的影响. 上述结果表明: 利用接枝聚合物可改变碳纳米管本身的疏水性能, 并可进一步制备新型的具有表面疏水性能的聚合物纳米复合材料.     

微孔碳@硫复合材料的制备及其锂硫电池性能

针对锂硫电池研究中硫单质电导率低和多硫化锂易溶解于电解液的问题,制备了一种核壳结构的碳纳米管(CNT@C)作为硫载体,碳纳米管外壳包覆的碳层中的微孔能吸附多硫化锂,从而抑制多硫离子扩散.X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明硫均匀负载在核壳结构碳纳米管上.电化学测试结果表明这种核壳结构的复合材料有较高容量和良好的循环性能.     

含Fe、Co、Ni的层状双金属氢氧化物为催化剂前体生长碳纳米管

分别以具有相似Fe、Co、Ni含量的层状双金属氢氧化物(LDHs)为催化剂前体,用化学气相沉积的方法生长碳纳米管(CNTs).催化剂由LDHs焙烧还原得到.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱(Raman)测试技术对LDHs及其焙烧产物的结构、CNTs的形貌和结构进行了研究.结果表明,3种催化剂生长的CNTs均为多壁结构;其中Co催化剂活性较低,生长CNTs的管径较细、石墨化程度较高;Ni催化剂的活性较高,生长CNTs的密度较大、管壁较厚、石墨化程度较差;Fe催化剂的活性介于Co和Ni之间.催化剂活性及CNTs的密度可以由生长CNTs的结构来解释.     

真空加热活化法提高内嵌钴粒子的碳纳米管的水裂解产氢催化活性

采用真空加热活化法制备出高催化活性的内嵌金属钴纳米粒子的碳纳米管材料.通过增加碳纳米管材料的本征碳缺陷位点,显著提升了材料的催化活性(7倍).高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼(Raman)光谱表征结果显示,真空加热活化增加了碳纳米管的本征碳缺陷,并减少了碳纳米管碳层的杂原子含量.电化学表征和电催化水裂解实验结果表明,增加碳纳米管的本征碳缺陷位既可以在碳纳米管上产生更多的催化位点,又可以提高碳纳米管界面的电荷迁移能力,进而提高对水裂解的催化性能.     

可用至3.5V的碳纳米管阵列超级电容器

应用化学气相沉积在钽片和不锈钢片表面直接生长碳纳米管阵列(CNTA)制备超级电容器电极,并分别作正、负极组装有机体系扣式电容器.扫描电子显微镜、循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗表征、测试材料的微观形貌和电化学性能.结果表明,该电容器可获得高达3.5 V的工作电压,较长的循环寿命,较好的倍率性能.基于CNTA质量的比功率和比能量性能分别为928 kW.kg-1和19 Wh.kg-1.     

裂解酞菁铁和乙烯制备取向碳纳米管阵列

采用热化学气相沉积(TCVD)法裂解酞菁铁(FePc)和乙烯(C2H4)制备出高210 μm的取向碳纳米管阵列(ACNTA). 用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)对制备的样品进行了表征, 系统研究了反应温度、反应时间、C2H4流量对ACNTA生长的影响. 结果表明, 样品具有高取向性且纯度高. 800 ℃是裂解FePc和C2H4制备ACNTA的最优温度, 催化剂的活性可以保持较长时间(60 min), 通入C2H4促进了ACNTA的快速生长, 最适合流量为50 cm3/min.     

有限域聚合法制备碳纳米管-聚苯胺复合材料及其电化学性能

通过有限域聚合法将聚苯胺(PANI)均匀地生长在碳纳米管(CNTs)表面, 得到CNTs-PANI纳米复合材料. 通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外(FTIR)光谱对样品的形貌及成分进行表征. 将得到的复合材料组装成电化学超级电容器, 进行电化学的循环伏安和恒流充放电测试. 结果显示, 运用此有限域聚合法所制备的复合材料中PANI 可以非常均匀地包裹在CNTs表面, 复合材料的比容量可以达到117.7 F·g-1(有机电解液), 远远高于所用纯碳纳米管(25.0 F·g-1)和纯聚苯胺(65.0 F·g-1)的比容量, 从而表明有限域聚合法是一良好的纳米复合材料的制备方法.     

直立碳纳米管超级电容器的研究

在石英玻璃基底上,以酞菁裂解法低压气相沉积制备大面积管径均匀、长度一致的直立碳纳米管.分别应用电解质溶液浸润、酸处理和循环伏安扫描等3种不同方法纯化活化该直立碳纳米管,并以活化后的碳纳米管作为原型超级电容器的电极.循环伏安扫描和交流阻抗测试表明,CV曲线呈近似矩形,交流阻抗最大相位角超过80°,该直立碳纳米管的比电容为16~32F/g,乃超级电容器理想的电极材料.     

活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究

以KOH为活化剂对碳纳米管进行化学活化制备双电层电容器用高比表面积活性碳纳米管. 采用TEM和N₂吸附法表征活性碳纳米管的结构, 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价其在1 mol•L^－1 Et₄NBF₄/PC中的电容性能. 随活化剂用量增大、活化温度升高和活化时间的延长, 活性碳纳米管的比表面积和比电容都呈增大的趋势. 活化剂用量为3∶1, 800 ℃活化4 h制备的活性碳纳米管的比表面积663 m²•g^－1, 比活化前提高了3倍, 其比电容达57.2 F• g^－1, 比活化前提高了2倍. 将活性碳纳米管的比电容与其比表面积相关联, 发现两者之间具有非常好的线性关系, 并分析了原因.     

活化条件对活性碳纳米管比表面积的影响

以KOH为活化剂, 研究了多壁碳纳米管在制备活性碳纳米管过程中四个重要影响因素: 活化剂用量、活化温度、活化时间和活化过程中保护气体的流速对所得活性碳纳米管BET比表面积的影响并解释了原因. 研究表明上述四个因素都会对活性碳纳米管的比表面积产生较大的影响, 其中活化剂用量的影响最大, 在研究范围内可引起比表面积增大约241 m²•g^-1. 在这四个影响因素中除活性碳纳米管的比表面积随活化温度的增加而不断增加外, 其他三个影响因素的变化都会使活性碳纳米管的比表面积出现最大值, 而且四个影响因素的改变, 都不改变活性碳纳米管的孔洞主要是中孔和大孔的特点.     

Degradation behaviour of polyurethane studied by linear temperature programmed pyrolysis FTIR spectroscopy

FTIR spectrometers with two measurement beams offer the possibility to record and process spectra from 4000 to 400 cm⁻¹ taken every 30 seconds in situ from a polyurethane film which is subjected to a programmed linear rise of temperature from ambient to 400°C and to take quasi simultaneously the spectra of the gaseous pyrolysis products. As an example, polyurethane (PUR) prepared from diphenylmethane diisocyanate (MDI) with polyesteralcohol from adipic acid was thermally degraded to isocyanate and polyester alcohol. Carbodiimid was found in the pyrolysis products and carbon dioxide was detected in the pyrolysis gas. The isocyanate evaporation and the thermal degradation of polyester alcohol were studied.     

超疏水多孔阵列碳纳米管薄膜

碳纳米管由于具有特异的力学[1] 、光学[2 ] 、电学[3,4 ] 和磁学性质[5] ,使其在锂离子电池[6 ] 和平板展示器[7] 等方面呈现出广泛的应用前景 .Ebbesen等[8] 对无序碳纳米管材料的浸润性进行了详细研究 ,发现其很容易被水润湿 .然而 ,阵列碳纳米管膜的浸润性研究尚未见报道 .固体表面的浸润性主要由表面化学组分和几何结构两方面控制 .通常 ,加大表面粗糙度可以增强其浸润性 [9～ 16 ] .近来 ,超疏水表面 (即与水的接触角大于 1 5 0°的表面 )的研究显示了广泛的应用背景[13～ 16 ] .这种表面通常可由增加表面粗糙度和降低表面能来制备[1…     

Two types of carbon nanocomposites: Graphite encapsulated iron nanoparticles and thin carbon nanotubes supported on thick carbon nanotubes, synthesized using PECVD

In this work, graphite encapsulated Fe nanoparticles and thin carbon nanotubes (CNTs) supported on the pristine CNTs, respectively, were synthesized using plasma enhanced chemical vapor deposition via efficiently controlling the flow rate of discharging CH₄ and H₂ gas. The properties of the obtained hybrid materials were characterized with superconducting quantum interference and field emission measurements. The results showed that the encapsulated Fe nanoparticles had diameters ranging from 1 to 30 nm, and this hybrid nanocomposite exhibited a ferromagnetic behavior at room temperature. Thin CNTs with an average diameter of 6 nm were attached to the surface of the prepared CNTs, which exhibited a lower turn-on field and higher emission current density than the pristine CNTs. The Fe nanoparticles either encapsulated with graphite or used as catalyst for thin CNTs growth were all originated from the pyrolysis of ferrocene.     

油浆高温快速裂解过程的气固相产物研究

采用高频炉快速热解装置研究油浆的高温快速热解特性,考察了热解温度、氮气流量对气固相产物的组成和产率的影响。温度是影响气相产物产率的关键因素,气相产物主要为甲烷、氢气和乙烯,升高温度可提高甲烷和氢气的产率,而乙烯产率受高温下二次反应的影响在800℃到达最大值后逐渐降低,乙烷、丙烯产率较小且受二次反应的影响在700℃到达最大值后逐渐降低,温度高于800℃时会有少量乙炔生成且升温可提高乙炔产率。增加氮气流量可降低甲烷、氢气分压,缩短乙烯、丙烯等在高温区的停留时间,从而增加气相产物的产率。积炭产率随热解温度升高迅速增加,氮气流量的增加能够削弱二次反应从而降低积炭产率。     

Preparation and characterization of aluminosilicate supports with a synthesized layer of catalytic filamentous carbon: II. Synthesis of carbon nanofibers on a supported cobalt catalyst

The synthesis of a layer of catalytic filamentous carbon (CFC) on a Co catalyst supported by homogeneous precipitation onto the surface of aluminosilicate supports (ceramic foam and vermiculite) was studied. The effects of CFC layer synthesis conditions (the catalyst concentration on a support, the pyrolysis temperature of a propane-butane mixture, and the composition of the gas mixture) on the specific surface areas of supports, the yield of carbon (g C)/(g Co)), and the morphology of a surface CFC layer were examined. It was found that, in the case of ceramic foam, the concentration of cobalt hydroxide precipitated on the surface was lower by a factor of 15 and the yield of carbon was higher by a factor of 20–40 than those in vermiculite. The specific surface areas of supports, the yield of carbon, and the amount of synthesized carbon increased as the pyrolysis temperature of a propane-butane mixture was increased from 500 to 600°C. As found by scanning electron microscopy, the carbon content increased with pyrolysis temperature because of an increase in the length of carbon nanofibers. The properties (activity and stability) of biocatalysts prepared by the adsorption immobilization of a recombinant protein having glucose isomerase activity on CFC-Co-containing supports (ceramic foam and vermiculite) were studied.     

不同彬县焦的水蒸气气化反应动力学研究

在常压,900℃～1050℃考察了彬县煤的三种焦样（常规方法制焦、快速热解焦和脱灰快速热解焦）在热天平上的水蒸气气化反应。考察了温度和焦种对水蒸气气化反应的影响。对比了三种焦的动力学参数和比表面积。结果表明,气化温度是影响煤焦气化反应速率的主要因素,提高50℃,反应速率增加一倍。快速热解焦的反应速率在相同反应条件下明显大于慢速焦。三种焦的表观活化能以快速焦最大,因而反应速率受温度的影响也最大,快速脱灰焦次之,慢速焦最小。     

基于钯纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的电化学葡萄糖生物传感器

将电化学氧化生成的Pd(Ⅳ)离子配合到直立碳纳米管(ACNTs)上, 使其还原为纳米颗粒(Pb nps), 从而制得Pd nps-ACNTs纳米复合物电极, 经过葡萄糖氧化酶(GOD)进一步修饰后, 制成GOD/Pds nps/ACNTs酶电极, 通过测量GOD和葡萄糖酶促反应中产生的H₂O₂含量, 进而监测葡萄糖浓度. 实验结果表明, 电极表面大量Pd纳米颗粒的存在显著提高了传感器的检测灵敏度, 使酶电极具有响应时间短(<5 s)及检测电位低(<0.4 V)等优点.