石墨烯/类金刚石碳复合薄膜的电化学沉积及其场发射性能

采用液相电化学方法在硅基底上制备了石墨烯掺杂的类金刚石碳复合薄膜,探讨了电化学沉积复合薄膜的机理。利用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术对薄膜表面形貌和微观结构进行了分析表征。结果表明,石墨烯片均匀分散沉积在含氢类金刚石碳（a-C：H）基体中,沉积的石墨烯/类金刚石（G/a-C：H）复合薄膜表面相对均匀平整。场发射测试显示石墨烯掺杂使开启电场从4.7 V·μm^-1增加至5.8 V·μm^-1,场发射电流密度从384 μA·cm^-2显著增加至876 μA·cm^-2。     

溶剂热电化学还原氯仿制备类金刚石碳膜的研究

报道了采用溶剂热电化学法还原氯仿制备类金刚石碳膜(DLC)的新体系. 实验在－1.2或－1.6 V (vs. Ag/AgCl/Cl^－)下, 对溶解在以Bu₄NCl作为支持电解质的碳酸丙烯酯(PC)溶液中的氯仿进行电化学还原. 研究了温度、氯仿/PC比例和电极材料对沉积的影响. 采用拉曼光谱, SEM, FTIR, XPS等方法对产物进行表征. 结果表明,在100 ℃,氯仿/PC比例为1∶3, Pt电极上沉积的DLC膜含有较高的sp³杂化态碳. 论文还提出了电化学还原氯仿沉积DLC薄膜的机理.     

不锈钢上液相电沉积类金刚石薄膜

以甲醇有机溶液作碳源,应用直流脉冲电化学沉积方法,在不锈钢表面制备了类金刚石碳薄膜.用原子力显微镜、扫描电镜、拉曼光谱仪和傅立叶红外吸收光谱表征该薄膜的表面形貌和结构.结果表明:经电化学沉积的含氢类金刚石碳薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332.51cm-1处有一强的谱峰,与金刚石的特征谱峰相重合.加入活性添加剂,增加了电流密度,使沉积速率提高到0.5μm/h.     

衬底温度对强流脉冲离子束烧蚀沉积类金刚石薄膜化学结构的影响

采用强流脉冲离子束(High-intensitypulsedionbeam,HIPIB)烧蚀技术在Si(100)基体上沉积类金刚石(Diamond-likecarbon,DLC)薄膜,衬底温度的变化范围为298～673K.利用Raman光谱和X射线光电子谱(XPS)对DLC薄膜的化学结合状态与衬底温度之间关系进行研究.薄膜XPS的C1s谱的解谱分析得出薄膜中含有sp³C(结合能为285.5eV)和sp²C(结合能为284.7eV)成分,根据解谱结果评价薄膜中sp³C含量.根据XPS分析可知,衬底温度低于473K时,sp³C的含量大约为40%左右;随着沉积薄膜时衬底温度的提高,sp³C的含量降低,由298K时的42.5%降到673K时的8.1%,从573K开始发生sp³C向sp²C转变.Raman光谱表明,随着衬底温度的提高,Raman谱中G峰的峰位靠近石墨峰位,G峰的半峰宽降低,D峰与G峰的强度比I_D/I_G增大,说明薄膜中的sp³C的含量随衬底温度增加而减少.     

脉冲电弧放电电离甲醇溶液制备碳膜的研究

利用脉冲电弧放电电离甲醇溶液在常压下研究了含金刚石成分的碳膜的制备。用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、激光Raman光谱和X射线衍射(XRD)研究了在确定的基片温度下甲醇浓度以及放电电压等沉积条件对薄膜的形貌和金刚石的合成的影响。研究结果表明：在放电电压低于2kV时，薄膜主要由无序石墨和无定形碳组成。提高放电电压有助于金刚石的合成，在高的放电电压下，降低甲醇溶液浓度有利于提高碳膜中金刚石成分的含量。     

新金刚石电子结构的第一性原理研究

金刚石、 石墨和卡宾碳是三种常见的碳同素异构体, 其外层轨道价电子分别是以sp³-, sp²-和sp¹-形式杂化而成的^［1］. 1991年, Hirai等^［2］在研究金刚石的形成机理时, 发现了一种新的碳同素异构体, 并将其命名为新金刚石(new diamond) ^{［3, 4］}. 在许多实验过程中虽然也曾获得过新金刚石^［5~11］, 但是这些实验获得的新金刚石的样品产量都较少, 且新金刚石的颗粒尺寸都很小(小于100 nm), 因此只能采用电子衍射(ED)的方法研究其结构. Jarkov等^［9］在分析多晶体ED图谱的基础上, 认为新金刚石是面心立方结构(FCC), 其晶格常数为0.357 nm. 2001年, Konyashin等^［1］通过ED图谱、电子能量损失谱和半经验的能量计算认定新金刚石为FCC的纯碳, 其晶格常数为0.356 3 nm. 我们曾用强磁场碳黑催化法制备出大量的新金刚石^{［3,4,12~14］}, 并对新金刚石的热稳定性进行了研究^［12］, 而对其结构和性能的研究尚未见报道.     

直流负偏压对类金刚石薄膜结构的影响

在不同的直流负偏压下利用直流射频等离子体辅助化学气相沉积技术在单晶硅表面沉积得到了类金刚石薄膜,用拉曼光谱、红外光谱和原子力显微镜对薄膜的结构和形貌进行了表征.结果表明:无偏压时,沉积得到的薄膜呈现类聚合物结构且表面比较粗糙,而叠加了偏压后,薄膜表现出类金刚石薄膜的结构特征,随着偏压的增大,膜中的氢含量和sp3碳含量均逐渐减小,且薄膜的表面粗糙度逐渐减小.     

掺硼金刚石膜/碳膜平面式复合电极的制备及电化学性能

采用微波等离子体化学气相沉积法在本征硅上制备掺硼金刚石膜/碳膜平面式复合电极,其中硅片的一面为掺硼金刚石膜,另一面为碳膜。通过SEM和拉曼光谱分析了薄膜的表面形貌和成分,掺硼金刚石膜为纳米级金刚石,碳膜表面有均匀分布的凹坑;利用四探针、循环伏安法和交流阻抗法表征电极导电性和电化学性能,随着沉积时间增加,电极方阻减小;在铁氰化钾溶液中电极发生准可逆氧化还原反应,电势差为119mV,在103Hz附近阻抗为113Ω;多巴胺的检测限为5μmol·L-1。     

类金刚石碳薄膜对碳膜导电性能的影响

以聚酰亚胺薄膜为原料,经炭化形成碳膜;进而在碳膜表面制备了类金刚石碳(DLC)薄膜,研究了制备条件对碳膜导电性能的影响.采用扫描电镜分析了薄膜的表面形貌和微观结构;采用X射线衍射仪分析了薄膜的晶体结构.结果表明,DLC薄膜的电阻率随着沉积时间的延长先减小后增加;当沉积时间达到3 h时,相应DLC薄膜的电阻率达到最小值5.66×10-5Ω.m.     

碳点的制备及电化学能源应用进展

碳点是零维纳米碳材料的一种典型代表,由碳原子sp²/sp³杂化构成且尺寸通常小于10 nm.碳点独特的尺寸效应赋予其丰富的边缘活性位点和易于功能化调控等特性,在电催化、能源存储与转化等领域表现出广阔的应用前景.基于此,揭示碳点的形成机制及阐明其结构与性能的基本规律,以指导碳点的合成并获得优异的催化性能具有重要意义.本文在介绍碳点制备及调控策略的基础上,结合理论研究分析了碳点类催化材料活性的来源,并着重评述了碳点在电化学领域的最新应用进展,探讨了功能碳点材料未来发展的机遇与挑战.     

高功率准分子激光沉积类金刚石膜的结构及性能

采用高功率和高频率准分子激光器在高真空及H₂和N₂气氛下沉积类金刚石膜.利用Raman光谱和电子衍射方法分析了膜的微结构.Raman光谱呈典型DLC膜的特征,G峰位于1528cm^-1,D峰位于1327cm^-1,为一大的肩峰,电子衍射图象呈多晶电子衍射特征,可观察到5个同心圆环,由此计算出的面间距与金刚石(111),(200),(220),(331)和(332)面间距相符.红外吸收光谱测量结果表明,在Ge片上单面镀类金刚石膜具有明显的红外增透效果,在1000～3000cm^-1范围内红外透过率达到55%以上.用原子力显微镜和SEM观察了表面形貌,用显微硬度计和显微划痕仪测试了膜的硬度与附着力.     

无膜生物电化学制氢反应器的产气特性

研究了无膜生物电化学制氢反应器的设计及产气特性。设计和组装的电化学制氢反应器为无膜电化学制氢反应器。它是以碳毡作为阳极,以负载一定量Ni-Al-Sn（Ni-50%、Al-45%、Sn-5%）合金粉催化剂的石墨板作为阴极,乙酸钠作为电解质。其工作原理是在两极间外加一定电压,阳极区的微生物降解有机物产生电子到达阴极,质子在阴极得到电子生成氢气。主要考察了阳极碳毡数量、环境温度、外加电压等因素对产气速率和氢气选择性的影响。结果表明,当阳极面积为900cm²、环境温度为30℃、外加电压为0.9V时,反应器产气速率最高可达4.21m³/(d·m³),氢气选择性最高为70.4%。     

碱处理PVDF膜对制备高电导率质子交换膜的作用

燃料电池是一种高能量密度、低污染的新型能源. 质子交换膜是燃料电池的核心组件之一. 在对聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行了碱处理改性的基础上制备了高电导率的聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)质子交换膜, 对碱处理后的PVDF膜进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)、傅立叶变换拉曼光谱(FT-Raman)及电子自旋共振(ESR)分析. 振动光谱显示在处理后的膜中存在共轭碳碳双键. 首次用ESR检测到碱处理后的PVDF膜中形成了自由基, 其浓度在10¹⁶ spin/g. 研究表明碱处理引起的膜结构变化有利于接枝反应的进行, 对提高所合成的质子交换膜的电导率有重要作用, 电导率提高一个数量级, 至6.40×10^－2 S/cm.     

氢气流量对金刚石膜生长的影响研究

研究了电子辅助热灯丝法生长金刚石厚膜过程中氢气流量对沉积速度和膜品质的影响。随氢气流量从100增加到750cm^3/min，金刚石膜的沉积速率单调上升，但金刚石膜品质不断下降，从750到1000cm^3/min，金刚石膜沉积速率下降，但金刚石膜品质随氢气流量增加而提高。拉曼光谱和电子顺磁共振谱研究发现，在所制备的金刚石膜中含有替代形式的氮，氮含量随氢气流量的增加而减小，1000cm^3/min流量下沉积的金刚石膜的含氮量仅为100cm^3/min流量下沉积的金刚石膜的1／40。     

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.     

液相电化学沉积类金刚石薄膜的研究进展

采用电化学沉积法开展液相中类金刚石薄膜的制备工艺和理论的研究,对于完善类金刚石薄膜的合成技术,开拓类金刚石薄膜的应用领域,具有很重要的理论意义和实用价值。本文概述了液相电沉积技术的基本原理和方法,重点从四个方面介绍了电化学方法制备类金刚石薄膜的研究进展,总结了该方法所制备样品的性能,并对可能的反应机制作了综合性的阐述,最后对液相电沉积类金刚石薄膜的发展前景进行了展望。     

电化学法制备部分还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能

提供了一种快速制备氧化石墨烯(GO)薄膜的方法, 并通过调节GO薄膜的含氧量来调控其能级结构.采用阳极电泳及阴极电化学还原联用的方法在F掺杂SnO₂(FTO)导电玻璃上制备出不同层数及含氧量的GO薄膜, 并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见(UV-Vis)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱及电化学分析对样品进行表征. 用20-350 s 不同时间电泳沉积得到层数约为77-570层的GO薄膜. 经过不同时间阴极还原的GO薄膜的禁带宽度为1.0-2.7 eV, 其导带位置及费米能级也随之改变. GO作为p型半导体, 与FTO导电膜之间会形成p-n 结, 在光强为100 mW·cm^-2的模拟太阳光照射下, 电泳300 s 且电化学还原120 s时GO薄膜阳极光电流密度达到5.25×10^-8 A·cm^-2.     

基于仲膦氧化物和亚磷酸酯的C(sp3)—H磷酰化反应研究进展(英文)

含有C(sp³)—P键的有机磷化合物被广泛应用于有机合成、生物有机和药物化学、农药、阻燃剂和萃取剂等领域中.近年来, C—H键的直接磷酰化受到了广泛关注,该策略在构建C—P键中显示出更为简洁、高效和原子经济性等优势.综述了自2009年以来以仲膦氧化物和亚磷酸酯为磷源的C(sp³)—H磷酰化反应的研究进展,根据C(sp³)—H键的类型,对磷酰化反应分为五类进行介绍.     

电活性铁氰化镍膜电极对稀土钇的电控离子分离

通过电沉积方法分别在镀铂石英晶片和铂基底上制备了电活性铁氰化镍膜,并考察了膜电极在含钇离子溶液中的电控离子交换性能. 在0.1 mol·L^-1的硝酸钇溶液中,使用循环伏安法及石英晶体微天平技术测试考察了铁氰化镍膜对钇离子的置入释放性能及对应的质量变化,同时比较了铁氰化镍膜电极在Y(NO₃)₃和Sr(NO₃)₂溶液中的电化学性能. 在0.1 mol·L^-1 [Y(NO₃)₃ + Sr(NO₃)₂]混合溶液中,通过循环伏安法分析了薄膜对Y³⁺/Sr²⁺离子的选择性. 用扫描电子显微镜观察了铁氰化镍膜的表面形貌,并通过X射线光电子能谱仪测定了膜在氧化和还原状态下的元素组成. 结果表明,铁氰化镍膜在含Y³⁺溶液中具有良好的离子交换行为,其中氧化过程薄膜质量减少,对应着钇离子的释放;还原过程薄膜质量增加,对应钇离子的置入;在0.0 V或0.9 V调控膜电极的氧化还原状态实现对钇离子的有效分离.     

碳微球模板制备LaMnO3及其电化学性能研究

以葡萄糖为碳源采用水热法制备出碳微球,再将其作为模板剂,柠檬酸作为络合剂,去离子水和乙醇作为溶剂,经混合搅拌、沉淀和去除模板剂等步骤,由La(NO₃)₃·6H₂O和Mn(NO₃)₂制备LaMnO₃。采用粉末X射线衍射、场发射扫描电镜、N₂吸附-脱附等对LaMnO₃进行表征分析,并对其电化学性能进行了测试。结果表明,碳微球模板可制备出层状多孔结构的LaMnO₃,其具有良好的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性,比表面积为26m²/g,将其制备成铝-空气电池空气电极催化剂,在电流密度20mA·cm^-2时放电电压可达1.476V,高于共沉淀法制备的LaMnO₃的放电电压。