氮氯共掺杂多孔碳活化过一硫酸盐降解苯酚的性能及机理研究

杂原子共掺杂碳材料在过硫酸盐活化领域具有广阔的应用前景. 本工作通过两步煅烧法合成了氮氯共掺杂ZIF-8衍生多孔碳材料(NClC), 并以苯酚为目标污染物, 考察其活化过一硫酸盐(PMS)的催化性能, 结果表明, 30 min内, 0.04 g/L NClC900活化0.3 g/L PMS可去除水中97.7%的苯酚(50 mg/L), 且总有机碳去除率可达72.4%; NClC900/PMS体系具备优异的酸碱耐受性(pH=3~9)和抗干扰能力, 无机阴离子和腐植酸对其影响较小, 且该体系还可有效去除水中的染料、抗生素、酚类及农药等有机污染物; 循环实验结果表明, NClC900在重复使用4次后其苯酚去除率可达72.1%; 猝灭实验、电子顺磁共振和电化学分析表明¹O₂和表面结合SO₄^•-是导致苯酚降解的主要活性物种, 而NClC900中的石墨N、C—Cl是产生¹O₂和表面结合SO₄^•-的关键活性位点.     

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.     

Fe/MgO催化合成碳纳米管和氮掺杂碳纳米管

以MgO负载的Fe为催化剂、正己烷为碳源、乙二胺为氮源, 用催化化学气相沉积法合成了碳纳米管(CNTs)和氮掺杂碳纳米管(CNx). 通过还原焙烧的Mg/Fe水滑石(LDH)和Mg(NO3)2/Fe(NO3)3前驱体得到具有催化活性的Fe催化剂(Fe-LDH和Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3). 由这两种催化剂催化合成的CNTs都具有中空的管状结构. Fe-LDH催化合成的CNx具有明显的“竹节”状形貌, 而Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3催化合成的部分CNx的形貌与“竹节”状不同. 该CNx具有厚的管壁且在管壁的石墨层与层之间存在大量的空隙. Fe-LDH催化合成的CNx中氮摩尔分数为6.3%, 高于Fe-Mg(NO3)2/Fe(NO3)3催化合成CNx中的5.7%; 但后者具有更多的缺陷, 石墨化程度更加无序.     

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。     

铁基氮掺杂碳纳米管制备及其电催化性能

利用化学原位聚合法制备聚吡咯包覆碳纳米管, 然后以硫酸亚铁铵盐为铁前驱体, 采用液相沉淀法制备聚吡咯-碳纳米管-铁化合物复合材料(Fe-PPy-CNTs), 通过对复合材料Fe-PPy-CNTs 热处理, 成功制备出铁基氮掺杂碳纳米管催化剂FeNCNTs. X射线衍射分析表明, 热处理使Fe-PPy-CNTs 复合物中Fe₃O₄向Fe₃N和Fe转化, 700 ℃热处理制备的FeNCNT700中铁主要是Fe₃O₄相, 但也有Fe相. 800和900 ℃热处理制备的催化剂FeNCNT800和FeNCNT900则明显有Fe₃N和Fe形成. 随着热处理温度升高, FeNCNTs 催化剂氮含量降低, 其含氮官能团也由吡咯型氮向吡啶型和石墨型氮转化. 电化学分析表明, 含有Fe₃N 的FeNCNT800 和FeNCNT900催化剂具有明显的氧还原催化活性, 其中, FeNCNT800因其具有高的比表面积、高的氮含量和高比例的有利于增强氧吸附能力和弱化O―O键的石墨氮官能团, 而表现出优于FeNCNT900氧还原催化活性及稳定性.     

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。     

氮掺杂长竹节状碳纳米管的制备及其生长机理

本文采用电弧放电法,通过阳极棒与不锈钢片的共蒸发,制备了氮掺杂长竹节状碳纳米管。借助扫描电子显微镜（SEM）、场发射高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及其附带能量色散X射线（EDX）光谱仪和电子能量损失谱（EELS）、透射电子显微镜（TEM）等表征方法,对产物的形貌、结构和组成进行表征。表征结果表明,氮掺杂长竹节状碳纳米管的长度在640~835nm之间,其内径在23~35nm之间,外径在28~47nm之间;且在每一节“竹节”与另一节“竹节”的连接处形成的内腔中均有一个黑色纳米颗粒,其直径尺寸以及产物中的氮掺杂长竹节状碳纳米管的含量均与熔化、蒸发的不锈钢片的面积有关。本文还对氮掺杂长竹节状碳纳米管的生长机理进行了简单的探讨。     

氮掺杂长竹节状碳纳米管的制备及其生长机理

采用电弧放电法,通过阳极棒与不锈钢片的共蒸发,制备了氮掺杂长竹节状碳纳米管(NDLBLCNTs)。借助扫描电子显微镜(SEM)、场发射高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及其附带能量色散X射线(EDX)光谱仪和电子能量损失谱(EELS)、透射电子显微镜(TEM)等表征方法,对产物的形貌、结构和组成进行表征。表征结果表明,NDLBLCNTs的长度在640~835 nm之间,其内径在23~35 nm之间,外径在28~47 nm之间;且在每一节"竹节"与另一节"竹节"的连接处形成的内腔中均有一个黑色纳米颗粒,其直径尺寸以及产物中的NDLBLCNTs的含量均与熔化、蒸发的不锈钢片的面积有关。对NDLBLCNTs的生长机理进行了简单的探讨。     

以吡啶为原料制备氮掺杂碳纳米管

在700～800 ℃,以吡啶为原料用CVD方法制备出了管径在20～40 nm的竹节状碳纳米管. EDX和XPS结果都表明氮掺杂到碳纳米管中. HRTEM研究发现掺氮碳纳米管的竹节由数层石墨片弯曲而成,纳米管外层石墨层逐渐消失.从Raman谱图的对照中发现,与相似条件下制备出的纯碳纳米管相比,氮掺杂碳纳米管的D谱带对G谱带的相对强度增加, TGA研究发现掺杂纳米管在较低温度下即被氧化,这些结果都说明氮掺杂使得纳米管的缺陷增加.     

多壁碳纳米管的掺氮改性及场效应管特性研究

以二茂铁为前驱体, 提供催化剂与部分碳源, 三聚氰提供氮源与另外一部分碳源, 在硅基底上制备出了碳纳米管阵列. 碳纳米管为多壁结构, 单根碳纳米管的平均直径为50 nm. 碳纳米管的X射线光电子谱(XPS)在398.4 eV处出现特征峰, 表明为氮掺杂的碳纳米管. 用其制备的场效应管在室温大气环境下稳定地表现为n型场效应特性, 并且具有非常低的关闭状态电流(off-state current)以及良好的负门电压对漏极电流的抑制作用, 单位源漏偏压下漏极电流为100 pA量级. 实验中采用了源/漏电极不对称的绝缘层结构, 使得门电压对源漏两极的电场调制也不对称, 从而实现了对漏电极的门电压调制.     

Facile Fabrication of Platinum Nanoparticles Supported on Nitrogen-doped Carbon Nanotubes and Their Catalytic Activity

A facile impregnation method under mild condition is designed for synthesis of highly dispersed Pt nanoparticles with a narrow size of 4-7 nm on nitrogen-doped carbon nanotubes （CNx）. CNx do not need any pre-surface modification due to the inherent chemical activity. The structure and nature of Pt/CNx were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and energy dispersive spectroscopy spectrum. All the experimental results revealed that the large amount of doped nitrogen atoms in CNx was virtually effective for capturing the Pt（IV） ions. The improved surface nitrogen functionalities and hydrophilicity contributed to the good dispersion and immobi- lization of Pt nanoparticles on the CNx surface. The Pt/CNx served as active and reusable catalysts in the hydrogenation of allyl alcohol. This could be attributed to high dispersion of Pt nanoparticles and stronger interaction between Pt and the supports, which prevented the Pt nanoparticles from aggregating into less active Pt black and from leaching as well.     

氮掺杂碳纳米管的制备及其电化学性能

采用弱反应性含氮有机物水合肼、二乙烯三胺对碳纳米管进行氮掺杂处理. 结合X射线光电子谱(XPS)分析和扫描电镜(SEM)观察, 发现两种含氮有机物处理均可使碳纳米管表面成功连接上含氮基团, 并保持了碳纳米管的本征形貌和结构. 水合肼处理的碳纳米管的氮含量(碳/氮原子比为95/2)明显高于二乙烯三胺处理的碳纳米管(碳/氮原子比为96/0.5). 氮掺杂后碳纳米管在水溶液中分散性明显改善, 且分散性随着氮含量增加进一步增强, 因此水合肼处理的碳纳米管分散性明显优于二乙烯三胺处理的碳纳米管. 作为电化学电容器电极材料, 碳纳米管含氮官能团贡献了赝电容, 但其循环性仍需进一步改进. 氮掺杂碳纳米管较好的亲水性, 改善了电解液的浸润, 循环后氮掺杂碳纳米管电极的比容量仍略高于纯碳纳米管电极的比容量.     

基于碳纳米管的氧化铈纳米管的合成及表征

建立了一种制备氧化铈纳米管的新方法, 即以碳纳米管(CNTs)为模板, 在常温常压下采用液相沉积法在CNTs表面包覆CeO2, 通过煅烧除去CNTs模板, 得到氧化铈纳米管. 通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对其形貌和结构进行了表征. 所得CeO2纳米管为面心立方结构, 直径40~60 nm, 长度0.5~2 μm.     

活化和表面改性对碳纳米管超级电容器性能的影响

用KOH为活化剂对碳纳米管（CNTs）进行活化；用浓硝酸为氧化剂对活化CNTs进行表面改性.通过TEM、BET和IR对经过活化和表面改性的CNTs进行了分析,并运用循环伏安和恒流充放电测试研究了活化和表面改性对CNTs超级电容器性能的影响.结果表明,通过活化使CNTs的比表面积增大,从而使其比电容从未活化时的43 F•g－1提高到73 F•g－1；通过表面改性引进赝电容,使电容器的比电容进一步提高到94 F•g－1.     

碳纳米管表面修饰程度对碳纳米管载Pt电催化性能的影响

比较了用不同温度的浓HNO₃处理的碳纳米管(CNTs)作载体的Pt(Pt/CNTs)对甲醇氧化的电催化活性. 结果表明浓HNO₃处理使CNTs表面修饰上的含氧基团对CNTs上沉积Pt粒子的平均粒径有较大影响. 表面修饰程度适当时, 制得的Pt/CNTs中Pt粒子较小, 因此, 对甲醇氧化的电催化活性较高. 而表面修饰程度过大, 易使Pt粒子团聚, 从而降低Pt/CNTs催化剂对甲醇氧化的电化学活性.     

Determination of Phenolic Compounds Based on the Tyrosinase‐ Single Walled Carbon Nanotubes Sensor

An amperometric sensor to phenolic compound was successfully constructed by immobilizing tyrosinase on the SWNTs modified glassy carbon (GC) electrode, which was covered with Nafion film. The sensitivity of the tyrosinase‐SWNTs sensor to phenol was 155 μA/mM. The tyrosinase‐SWNTs sensor also had good response to catechol, p‐chlorophenol and m‐cresol. Furthermore, benzoic acid could be detected based on the inhibition to tyrosinase activity.