述评碳纳米管储氢研究*

碳纳米管因被认为可能是氢能的主要载体而备受关注,但几年来的文献报道不尽一致.本文评述了关于单壁和多壁碳纳米管对氢气的吸附实验和模拟计算研究结果,探讨了碳纳米管作为储氢材料的可行性.     

基于Hemin/多壁碳纳米管纳米复合物构建的过氧化氢生物传感器的研究

利用卟啉(Hemin)具有模拟酶的功能,与多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了一种新型的过氧化氢(H2O2)生物传感器。首先,利用Hemin与MWCNTs之间的π-π键作用,在超声分散下制备Hemin/MWCNTs纳米复合物;采用滴涂技术并在nafion的作用下将其固载在电极表面,制得该H2O2生物传感器(nafion/Hemin/MWCNTs/GCE)。采用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)对合成的纳米复合物进行了分析;采用扫描电镜(SEM)对电极的表面形貌进行了表征;采用循环伏安法和计时电流法考察了该修饰电极的电化学行为;并对传感器的行为进行了详细的研究。在最优条件下,此修饰电极对H2O2具有明显的催化作用,电流与H2O2的浓度在6.0×10-7~1.8×10-3 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限达2.0×10-7 mol/L。此传感器制作简单,具有较高的灵敏度和良好的稳定性及重现性。     

定向多壁碳纳米管电化学储氢研究

利用恒流充放电、循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗技术(EIS)等方法对定向多壁碳纳米管(AMWCNTs)储氢的电化学行为及其储氢机制进行了探讨.研究表明,定向AMWCNTs-Cu电极有较高的电化学储氢性能,其储氢容量在1500mA/g的电流密度下可以达到1162mA·h/g.定向AMWCNTs的电化学储氢能力强与其空间结构有关,而铜粉的加入有利于提高碳纳米管的电催化反应表面积和电极电化学反应活性,有利于氢在碳纳米管中扩散,从而提高了碳纳米管电极材料的储氢量.     

碳纳米管的电化学贮氢性能研究

研究了碳纳米管电极的电化学性能 ,其电化学储氢量达到 2 0 0mAh·g 1且具有高的电化学活性和良好的循环寿命 .采用循环伏安法研究了氢在碳纳米管电极上吸附 /氧化机理 .     

普鲁士蓝-多壁碳纳米管复合材料修饰电极测定过氧化氢

利用电化学方法在多壁碳纳米管(MWCNT)修饰的玻碳电极表面聚合一层普鲁士蓝(PB)(PB/MWCNT/GCE),制备了一种新型的过氧化氢(H2O2)传感器。研究了该传感器对H2O2的电催化作用。讨论了支持电解质种类、酸度、修饰层厚度、电位和扫速等对H2O2响应的影响。研究表明,该传感器在以1.0mol/L KCl为支持电解质的磷酸盐溶液(pH=2.0)中,对H2O2具有明显的催化效应,测定的线性范围变宽,在2.9×10-6~8.8×10-2mol/L范围内还原峰电流与H2O2的浓度呈良好的线性关系,相关系数为0.9949;检出限为1.4×10-6mol/L。该电极用于医用消毒水中H2O2的测定,结果令人满意。     

碳纳米管贮氢研究进展

综述了碳纳米管在实验和理论方面的贮氢研究工作。不同科研工作者得到的实验结果很不一致，重量百分比分布在67％～0．01％之间。理论模拟结果差别相对小一些。碳纳米管中的氢吸附受有效表面积和孔体积的强烈影响，单壁碳纳米管堆积的几何形状在氢吸附中也起着重要作用。不少研究者认为碳纳米管并不是适合的贮氢材料。其贮氢量在1(wt)％以下。     

多壁碳纳米管的改性及其储氢性能研究

考察了空气处理、混酸处理、H₂O₂处理和等离子体活化等化学改性和多种活性金属修饰对碳纳米管储氢性能的影响,采用TPD-H₂评价装置测试了不同样品吸附的氢气在程序升温后的脱附情况,用峰面积和氢气的校正因子计算出样品吸附氢气的体积,从而计算出碳纳米管的储氢容量.实验结果表明,化学改性和金属修饰均能明显提高碳纳米管的储氢性能,其中经过混合酸和H₂O₂化学处理并负载质量分数为20%Ni的碳纳米管,在常温常压下的氢气储存的质量分数达到2.55%,比未做任何处理的碳纳米管的储氢容量提高了7倍.     

钾掺杂多壁纳米碳管储氢性能研究

使用自制的钴催化裂解碳氢气法制备多壁纳米碳管,并对其进行退火、掺杂等一系列预处理,然后使用高压高纯氢源,在中压(12 MPa)和室温条件下,进行钾掺杂多壁纳米碳管的储氢性能实验.结果表明:预处理对纳米碳管的储氢性能有很大影响.实验条件下,经过氮气退火,并在1.0 mol/L硝酸钾溶液中掺杂的多壁纳米碳管吸氢量最大(H/C质量分数为3.2%).上述样品在室温下的放氢量一般不超过其吸氢量的50.8%.     

基于Hemin/多壁碳纳米管纳米复合物构建的过氧化氢生物传感器的研究

利用卟啉(Hemin)具有模拟酶的功能,与多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了一种新型的过氧化氢(H2O2)生物传感器。首先,利用Hemin与MWCNTs之间的π-π键作用,在超声分散下制备Hemin/MWCNTs纳米复合物;采用滴涂技术并在nafion的作用下将其固载在电极表面,制得该H2O2生物传感器(nafion/Hemin/MWCNTs/GCE)。采用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)对合成的纳米复合物进行了分析;采用扫描电镜(SEM)对电极的表面形貌进行了表征;采用循环伏安法和计时电流法考察了该修饰电极的电化学行为;并对传感器的行为进行了详细的研究。在最优条件下,此修饰电极对H2O2具有明显的催化作用,电流与H2O2的浓度在6.0×10-7¹.8×10-3 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限达2.0×10-7 mol/L。此传感器制作简单,具有较高的灵敏度和良好的稳定性及重现性。     

Synthesis of Carbon Nanotubes by Catalytic Chemical Vapor Deposition Using Hydrogen Storage Alloy as A Catalyst

Carbon nanotubes, which was discovered by Iijima1 in 1991, is the most typical one-dimensional nano-material with the micrometers order in length and nanometers order in diameter. CNTs are composed of graphitic sheets rolled into closed concentric cylinders, and classed into single wall nanotubes and multi-wall nanotubes. CNTs can offer many significant advantages over most existing materials. Since its discovery, unprecedented interest has been stimulated because of its significance both in…     

纳米碳管储能的化学原理与储存容量研究

通过在大温度、压力范围内系统地测定氢在纳米碳管粉末与压片上的吸附等温线和对所得等温线的理论分析,计算出吸附热,并用超临界气体的吸附模型充分地描述了氢在纳米碳管上的吸附行为,证明纳米碳管储氢的原理是超临界吸附;比表面积和储气温度控制着储气容量.甲烷在干纳米碳管上的吸附机理与氢气相同,但在湿纳米碳管中的存储机理在于甲烷水合物的生成,因此孔容控制储气容量.单位质量多壁管的湿储容量是干储容量的5.1倍 ,单壁管可能产生更大的增强存储作用.     

异型碳纳米管储氢性能的分子动力学模拟研究

采用分子动力学(MD)方法对三种理想的Y型碳纳米管[记为Y(4,4), Y(6,6), Y(10,0)]和三种L型碳纳米管[记为L(9,0), L(6,6), L(10,0)]之储氢性能进行了模拟研究, 并与相应的直线型碳纳米管的储氢能力进行了比较, 同时考察了温度、碳纳米管的直径和螺旋性以及缺陷的位置和大小对异型碳纳米管储氢性能的影响. 结果表明, 在室温和低温条件下, 异型碳纳米管的储氢量高于直线型碳纳米管的储氢量, 且其储氢量大小随温度的降低和碳管直径的增大而增加, 椅式碳纳米管的储氢性能优于齿式碳纳米管, 而缺陷的位置和大小对异型碳管之储氢性能的影响则因碳管的形貌和直径的大小不同而存在差异.     

碳硫光电分析仪-非水滴定法测定硅酸盐中CO2含量

将碳硫光电分析仪应用在非水滴定法测定硅酸盐中CO_2的过程中,使滴定终点更加明显。通过对选用的国家一级标准物质测定,得到方法的相对误差0.86%~7.4%和相对标准偏差2.3%~7.9%,符合地质矿产实验室测试质量管理规范"DZ/T0130—2006"中对准确度和精密度的要求。     

氢在多壁碳纳米管上吸附行为研究

根据热力学平衡原理推导了通用吸附等温方程.通过比较氢在碳纳米管和炭狭缝孔上的高阶维里吸附系数，分析了77～297 K温度区间，温度、管径(孔宽)对碳纳米管、炭狭缝孔吸附空间储氢容量的影响，并由氢在石墨平面上的最大吸附容量计算了本次试验多壁碳纳米管(MWCNTs)在各平衡温度时的最大氢吸附容量.运用确定参数后的吸附等温方程，线性回归分析了氢在本次试验MWCNTs上的吸附数据.结果表明，在160～180 K温度区间，管内被吸附氢分子之间由于吸附受压产生的排斥能出现极大值；随着温度升高，氢分子之间以吸引力为主，提高氢气压力后才发生明显吸附.     

Carbon Quantum Dot Implanted Graphite Carbon Nitride Nanotubes: Excellent Charge Separation and Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution

Graphite carbon nitride (g‐C₃N₄) is a promising candidate for photocatalytic hydrogen production, but only shows moderate activity owing to sluggish photocarrier transfer and insufficient light absorption. Herein, carbon quantum dots (CQDs) implanted in the surface plane of g‐C₃N₄ nanotubes were synthesized by thermal polymerization of freeze‐dried urea and CQDs precursor. The CQD‐implanted g‐C₃N₄ nanotubes (CCTs) could simultaneously facilitate photoelectron transport and suppress charge recombination through their specially coupled heterogeneous interface. The electronic structure and morphology were optimized in the CCTs, contributing to greater visible light absorption and a weakened barrier of the photocarrier transfer. As a result, the CCTs exhibited efficient photocatalytic performance under light irradiation with a high H₂ production rate of 3538.3 μmol g^?1 h^?1 and a notable quantum yield of 10.94 % at 420 nm.     

Non-Covalent Integration of a [FeFe]-Hydrogenase Mimic to Multiwalled Carbon Nanotubes for Electrocatalytic Hydrogen Evolution

Surface integration of molecular catalysts inspired from the active sites of hydrogenase enzymes represents a promising route towards developing noble metal-free and sustainable technologies for H₂ production. Efficient and stable catalyst anchoring is a key aspect to enable this approach. Herein, we report the preparation and electrochemical characterization of an original diironhexacarbonyl complex including two pyrene groups per catalytic unit in order to allow for its smooth integration, through π-interactions, onto multiwalled carbon nanotube-based electrodes. In this configuration, the grafted catalyst could reach turnover numbers for H₂ production (TON_H2) of up to 4±2×10³ within 20 h of bulk electrolysis, operating at neutral pH. Post operando analysis of catalyst functionalized electrodes revealed the degradation of the catalytic unit occurred via loss of the iron carbonyl units, while the anchoring groups and most part of the ligand remained attached onto multiwalled carbon nanotubes.     

A Synergistic Effect of Phthalimide-Substituted Sulfanyl Porphyrazines and Carbon Nanotubes to Improve the Electrocatalytic Detection of Hydrogen Peroxide

A sulfanyl porphyrazine derivative with peripheral phthalimide moieties was metallated with cobalt(II) and iron(II) metal ions. The purity of the macrocycles was confirmed by HPLC, and subsequently, compounds were characterized using various analytical methods (ES-TOF, MALDI-TOF, UV–VIS, and NMR spectroscopy). To obtain hybrid electroactive electrode materials, novel porphyrazines were combined with multiwalled carbon nanotubes. The electrocatalytic effect derived from cobalt(II) and iron(II) cations was evaluated. As a result, a significant decrease in the overpotential was observed compared with that obtained with bare glassy carbon (GC) or glassy carbon electrode/carbon nanotubes (GC/MWCNTs), which allowed for sensitive determination of hydrogen peroxide in neutral conditions (pH 7.4). The prepared sensor enables a linear response to H₂O₂ concentrations of 1–90 µM. A low detection limit of 0.18 μM and a high sensitivity of 640 μA mM⁻¹ cm⁻² were obtained. These results indicate that the obtained sensors could potentially be applied in biomedical and environmental fields.     

液相氧化碳纳米管的氧化剂选择

研究了在不同氧化剂作用下,碳纳米管引入含氧官能团的情况,提出了利用Boehm滴定法对碳纳米管表面的羧基进行定量分析的方法。结合X-射线光电子能谱对含氧官能团的分析,进一步探讨了碳纳米管氧化的过程和机理。     

多壁碳纳米管的纯化

用900℃高温氢气处理以及5 mol/L盐酸回流的方法，纯化了一种由甲烷在Ni- Mg-O催化剂上裂解生长的多壁碳纳米管（MWCNTs），考察了不同纯化阶段MWCNTs的 吸水率、比表面积、Ni和Mg残留量以及在不同温度下苯、正己烷、乙醇、丙酮四种 化合物在MWCNTs填充色谱柱上的脱附率的变化，并用透射电镜观察了MWCNTs的形态 。结果表明，高温氢气处理可去除MWCNTs的无定形碳和表面极性基团，使其比表面 积和吸水率减小，同时可打开MWCNTs端口。高温氢气处理后，再用盐酸回流即容易 去除MWCNTs中单用盐酸回流方法无法去除的Ni.经过纯化的MWCNTs的吸水率远小于 活性碳，比Carbopack B稍大，比表面积和Carbopack B相近。苯、正己烷、己醇、 丙酮四种化合物在纯化的MWCNTs填充色谱柱上的脱附率和Carbopack B的相同。经 纯化的MWCNTs的Ni残留量为30 μg/g，Mg残留量低于检测限（10 μg/g）。由于管 腔的存在，纯化的MWCNTs对有机物的保留能力大于Carbopack B。它可以作为气相 色谱固定相和吸附挥发性有机物的吸附剂。     

一种基于碳纳米管的安培型过氧化氢生物传感器

利用硫堇(th ion ine,Th i)作为介体结合多壁碳纳米管(MWNTs)、壳聚糖(ch itosan,CH IT)、辣根过氧化酶(HRP)的混合包埋物制作过氧化氢(H2O2)生物传感器。研究结果表明所得传感器对H2O2具有明显的增敏效应,线性范围为0.03~5.5 mmol/L,相关系数为0.9995;检出限为19μmol/L(S/N=3),具有良好的稳定性及工作寿命。