氮掺杂竹节状碳纳米管的催化合成

以有机胺为碳和氮源, 用催化方法合成出了含氮大管径竹节状碳纳米管. Fe/SBA-15分子筛为催化剂, 有机胺经过973 K高温裂解得到氮掺杂竹节状碳纳米管材料(CN_X). 比较了铁含量、二乙胺和六次甲基四胺原料对合成氮掺杂碳纳米管形貌和氮掺杂量的影响; 合成出氮碳比(N/C原子比)为0.26的氮掺杂竹节状碳纳米管材料.     

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。     

磷酸铁锂离子电池正极材料掺碳纳米管的研究

应用球磨法于LiFePO4掺杂多壁碳纳米管,制成LiFePO4/MWCNTs复合电极,然后以其组装成锂离子电池.研究不同比例掺杂多壁碳纳米管对复合材料电极电化学性能的影响.XRD、SEM表征及电化学性能测试表明,多壁碳纳米管含量为10%(bymass)的LiFePO4/MWCNTs电极比其它比例的复合电极具有更优良的充放电性能,而且极化小、稳定性强、充放电平台更平稳,导电率更高.在常温0.1C下充放电,首次充、放电比容量分别为139和128.5mAh.g-1,库仑效率达92.4%,循环40次后,电极比容量损失率仅为5.3%.     

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。     

氮掺杂碳片的模板诱导制备及其在超级电容器中的应用

兼具有优良的导电能力,高的比表面积和极佳的化学/机械稳定性,具有二维形貌的纳米碳材料近年来逐渐成为超级电容器电极材料的研究热点. 我们在此首次报道一种模板诱导方法以制备具有规整片状形貌的氮掺杂碳材料. 我们将作为硬模板的片状镁铝双金属氢氧化物与熔融的邻苯二胺混合后加入三氯化铁催化剂,进而通过加热使邻苯二胺聚合并碳化,随后刻蚀除去其中的氧化物成分即可以得到具有规整六边形片状氮掺杂碳材料. 通过改变碳化时的温度,可以有效的调节利用该方法所得到的氮掺杂碳片的形貌、结构、石墨化程度、氮含量以及比表面积. 更重要的是这些氮掺杂碳片在用作超级电容器电极材料时体现出优异的电化学性能,在0.5 A·g^-1的电流密度下其比容量可以达到290.0 F·g^-1的. 在1 A·g^-1的电流密度下经过10000周循环测试后,其容量仍然可以达到初始值83%.     

不同氮掺杂量碳纳米管的合成和表征

以不同氮含量的有机胺为碳和氮源，用催化方法合成出了不同氮含量的大管径碳纳米管。采用Fe/SBA-15分子筛为催化剂，有机胺经过1 073 K高温裂解得到氮掺杂碳纳米管材料(CN_x)。比较了苯、三乙胺、二乙胺、乙二胺四种原料对合成CN_x形貌、产率、掺氮量和吸水率的影响；以二乙胺为原料合成出适中的氮碳比(N/C原子比为0.15)和较高产率(2.2 g·（g·cat）^-1)的竹节状CN_x材料。     

MOF衍生的Zn/N共掺杂碳催化剂的制备及其电催化性能

氮掺杂碳载非贵金属氧还原反应(ORR)催化剂已被广泛研究,以解决燃料电池Pt基催化剂的高成本问题.通过溶剂热法制备了无定形Zn基金属有机框架,并进一步经热处理得到Zn/N共掺杂碳催化剂.测试表明ZnN/C-900催化剂(热处理温度为900C)具有形貌均一的球形特征且比表面积高达961 m2·g-1,N、Zn的原子含量分...     

氮掺杂碳纳米管修饰电极的电化学行为

制备了氮掺杂改性的碳纳米管, 并用循环伏安法(CV)测定了多巴胺(DA)和抗坏血酸(AA)在不同氮含量的碳纳米管修饰电极上的电化学行为. 结果表明, 氮掺杂碳纳米管修饰电极对AA和DA有不同的电催化行为, 其中高氮含量修饰电极对AA的催化作用强, 而低氮含量修饰电极对DA的催化作用强. 微分脉冲伏安法(DPV)的结果显示, DA的氧化峰电流与其浓度在5.0×10^－6～2.0×10^－4 mol/L范围内呈良好的线性关系, 检出限达1.64×10^－6 mol/L (S/N＝3); AA氧化峰电流与其浓度在3.0×10^－5～1.0×10^－2 mol/L范围内呈良好的线性关系, 检出限达3.26×10^－6 mol/L (S/N＝3). 该修饰电极在AA大量存在(AA浓度为DA浓度两万倍)时可选择性地实现多巴胺的测定而不造成干扰.     

NiO/CNTs的制备及其电化学电容行为研究

用改良的沉淀法在酸化处理过的碳纳米管(CNTs)上沉积氢氧化镍, 经300 ℃热分解得到NiO/CNTs复合电极材料. 采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积分析等方法对合成的材料进行了物理表征|用循环伏安法和充放电测试对其电化学性能进行了研究. 结果表明, CNTs的引入在一定程度上提高了NiO的分散性, 从而大大增加了复合电极材料的比电容和倍率容量. 掺入20% CNTs后复合电极的比电容达到最高值(309 F•g^－1)|掺入40% CNTs的复合电极材料扣除CNTs对容量的贡献后(本实验测试CNTs的比容量为35 F•g^－1), NiO的放电容量可达420 F•g^－1, 明显高于纯相NiO的容量(175 F•g^－1), 并且材料的倍率容量也显著提高.     

压缩集结碳纳米管电极对活性艳红染料的电催化降解研究

采用浓硝酸回流、高温焙烧、高温焙烧结合高速球磨的方法对碳纳米管进行前处理. 通过低温氮吸附法测定碳纳米管的比表面积; 透射电子显微镜观察碳纳米管处理前后的形貌结构; 红外光谱分析碳纳米管处理前后的官能团变化; 拉曼光谱分析处理前后的碳纳米管中无定形碳和石墨碳含量的变化; 将处理前后的碳纳米管制成电极, 作为电催化阳极来处理模拟染料废水活性艳红X-3B溶液. 实验结果表明: 经处理后制成的碳纳米管电极, 其稳定性及对染料溶液的电催化降解效率都有显著提高, 高温焙烧结合高速球磨为最佳的前处理方法.     

Effect of reduction treatment on copper modified activated carbons on NO(x) adsorption at room temperature

Activated carbon was impregnated with copper salt and then exposed to reductive environment using hydrazine hydrate or heat treatment under nitrogen at 925 °C. On the obtained samples, adsorption of NO(2) was carried out at dynamic conditions at ambient temperature. The adsorbents before and after exposure to nitrogen dioxide were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermal analysis, scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), N(2)-sorption at -196 °C, and potentiometric titration. Copper loading improved the adsorption capacity of NO(2) as well as the retention of NO formed in the process of NO(2) reduction on the carbon surface. That improvement is linked to the presence of copper metal and its high dispersion on the surface. Even though both reduction methods lead to the reduction of copper, different reactions with the carbon surface take place. Heat treatment results in a significant percentage of metallic copper and a reduction of oxygen functional groups of the carbon matrix, whereas hydrazine, besides reduction of copper, leads to an incorporation of nitrogen. The results suggest that NO(2) mainly is converted to copper nitrates although the possibility to its reduction to N(2) is not ruled out. A high capacity on hydrazine treated samples is linked to the high dispersion of metallic copper on the surface of this carbon.     

石墨烯纸的制备及电容特性

利用未经任何分散处理的氧化石墨溶胶在气-液界面自组装得到氧化石墨纸(ϕ=10 cm), 将氧化石墨纸在不同温度下用水合肼蒸气还原制得石墨烯纸. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、 Raman光谱、 X射线光电子能谱(XPS)及氮吸附对还原前后样品的微观结构、 表面特性、 元素组成及比表面积进行了表征, 在此基础上考察了还原处理及还原温度对材料电容特性的影响. 结果表明, 在150 ℃下还原氧化石墨纸得到的石墨烯纸具有较好的电化学电容特性, 其在1000 mA/g恒定充放电电流密度下, 6 mol/L KOH电解质溶液中的质量比电容达到142 F/g, 1000次充放电循环后电容保持率为99.8%.     

多壁碳纳米管的纯化及其表面含氧基团的表征

用兼具酸性和氧化性的HNO3水溶液可方便地除去残留在原生态多壁碳纳米管(CNT)上的Ni-MgO催化剂组分,同时在其表面产生某些含氧官能团,使原生态多壁碳纳米管的疏水性表面变为亲水性表面.采用Boehm中和滴定法以及X射线衍射(XRD)、热脱附谱(TPD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术对HNO3处理过的多壁碳纳米管的相组成和表面含氧官能团进行测量和表征.结果表明:所生成表面含氧官能团的总量以经7.0mol·L-1硝酸378K处理24h的CNT为最高;3种主要表面含氧官能团的含量高低顺序为,羧基内酯型羧基酚型羟基.     

氮掺杂碳纳米管对其负载的Ru催化剂上合成氨的促进作用

以乙腈为碳源和氮源,采用化学气相沉积法制备了氮掺杂的碳纳米管.电子显微镜观察表明,样品形貌为中空的多壁纳米管,管腔大小10～15 nm,壁厚10～20 nm.X射线光电子能谱结果表明,氮已掺杂到碳纳米管结构中,主要以吡啶型氮和取代型氮存在.结合X射线衍射和拉曼光谱结果发现,随着制备温度的升高,氮掺杂量减少,但纳米管的石...     

石墨烯负载镍催化CO_2加氢甲烷化

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),经水合肼还原得到石墨烯(RGO),通过浸渍法制备了石墨烯负载的镍基催化剂(Ni/RGO);对其催化二氧化碳甲烷化反应的性能进行了研究,并与以碳纳米管(CNTs)和活性炭(AC)为载体负载的Ni基催化剂进行了比较.由于催化剂的载体分别为RGO,CNTs和AC,所以Ni将会表现出不同的形态.利用红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)测试、程序升温还原(H2-TPR)、X射线衍射(XRD)分析和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对其结构及物理性质进行了表征.结果表明,Ni/RGO具有相对较大的比表面积(316 m~2/g),Ni在Ni/RGO上的颗粒尺寸(5.3 nm)小于其在Ni/CNTs(8.9 nm)和Ni/AC(11.6 nm)上的颗粒尺寸;该催化剂在二氧化碳甲烷化反应中具有更高的催化活性和选择性,而且具有良好的使用寿命.     

Cu/活性炭催化剂：水合肼还原制备及催化甲醇氧化羰基化

以活性炭为载体,水合肼为还原剂制备了负载型Cu/活性炭催化剂,考察了水合肼/硝酸铜物质的量的比对催化甲醇气相氧化羰基化性能的影响,并采用XRD、XPS、H2-TPR和SEM等手段对催化剂进行了表征。结果表明,不加入还原剂水合肼时,催化剂中仅有CuO;随着水合肼/硝酸铜物质的量的比的增加,二价铜逐步被还原为Cu2O和/或单质Cu0,未被还原的Cu(OH)2在催化剂干燥过程中分解形成分散态CuO存在于催化剂表面。当水合肼/硝酸铜物质的量的比为0.75时,催化剂的催化性能最好,碳酸二甲酯的时空收率为120.62 mg.(g.h)-1,选择性为74.51%,甲醇转化率达到3.88%。在93 h反应时间内,催化剂都保持了较高的反应活性和选择性。此时铜物种以Cu2O和分散态CuO为主,Cu2O是主要的活性物种。     

Sensitive determination of hydrazine using poly(phenolphthalein), Au nanoparticles and multiwalled carbon nanotubes modified glassy carbon electrode

This study reports a detailed analysis of an electrode material containing poly(phenolphthalein), carbon nanotubes and gold nanoparticles which shows superior catalytic effect towards to hydrazine oxidation in Britton–Robinson buffer (pH 10.0). Glassy carbon electrode was modified by electropolymerization of phenolphthalein (PP) monomer (poly(PP)/GCE) and the multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) was dropped on the surface. This modified surface was electrodeposited with gold nanoparticles (AuNPs/CNT/poly(PP)/GCE). The fabricated electrode was analysed the determination of hydrazine using cyclic voltammetry, linear sweep voltammetry and amperometry. The peak potential of hydrazine oxidation on bare GCE, poly(PP)/GCE, CNT/GCE, CNT/poly(PP)/GCE, and AuNPs/CNT/poly(PP)/GCE were observed at 596 mV, 342 mV, 320 mV, 313 mV, and 27 mV, respectively. A shift in the overpotential to more negative direction and an enhancement in the peak current indicated that the AuNPs/CNT/poly(PP)/GC electrode presented an efficient electrocatalytic activity toward oxidation of hydrazine. Modified electrodes were characterized with High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Amperometric current responses in the low hydrazine concentration range of 0.25–13 µM at the AuNPs/CNT/poly(PP)/GCE. The limit of detection (LOD) value was obtained to be 0.083 µM. A modified electrode was applied to naturel samples for hydrazine determination.     

Assembly of metal nanoparticle-carbon nanotube composite materials at the liquid/liquid interface

Carbon nanotubes (CNTs)-mediated self-assembly of metal (Au and Ag) nanoparticles at the liquid/liquid interface in the form of a stable nanocomposite film is reported. The metallic luster results from the electronic coupling of nanoparticles, suggesting the formation of closely packed nanoparticle thin films. The interfacial film could be transferred to mica substrates and carbon-coated transmission electron microscopy (TEM) grids. The transferred films were very stable for a prolonged time. The samples were characterized by UV-vis spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), TEM, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). SEM and TEM results show that the films formed at the liquid/liquid interface are indeed composite materials consisting of CNTs and nanoparticles. XPS measurements further indicate the presence of the interaction between nanoparticles and CNTs.     

Synthesis of ZrO2-carbon nanotube composites and their application as chemiluminescent sensor material for ethanol

ZrO2-carbon nanotube (CNT) composites have been successfully synthesized via decomposition of Zr(NO3)4.5H2O in supercritical carbon dioxide-ethanol solution with dispersed CNTs at relatively low temperatures. The samples were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction spectroscopy (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and energy-dispersive X-ray (EDX) analyses. It was demonstrated that CNTs were fully coated with an amorphous ZrO2 layer, and the coating layer was nominally complete and uniform. In addition, the thickness of the coating sheath could be readily controlled by tuning the Zr(NO3)4.5H2O/CNTs ratio used. Furthermore, the chemiluminescent sensor prepared from ZrO2-carbon nanotube composites exhibited dramatic sensitivity as well as high stability and selectivity to ethanol.