h-BNNS的掺杂改性及其光催化性能

为了发挥纳米贵金属与聚合物基体的协同光催化作用,采用RGO对六方氮化硼纳米片(h-BNNS)进行C元素、O元素掺杂,得到多孔掺杂氮化硼材料(BCNO),通过水热法将银纳米粒子(Ag NPs)负载在BCNO基体上制备BCNO/Ag复合材料,并对复合材料的组成、微观结构和光催化性能进行表征,以CO₂光催化还原为反应模型测试BCNO/Ag复合材料的光催化性能。结果表明：经过非金属掺杂改性后的氮化硼仍然具有稳定的多晶结构;负载Ag NPs后,Ag NPs的等离子共振效应不仅显著增强了BCNO基体对紫外-可见光的吸收能力,而且提高了光生载流子的分离效率;复合材料制备过程中,当银的加入量为3.0%、复合样品焙烧温度为130 ℃时,得到的复合材料具有最佳的光催化性能,CO₂还原成CO的转化率为4.68 μmol/(g·h)。因此,通过掺杂改性后的h-BNNS能够更好地稳定负载纳米贵金属,充分发挥纳米银与BCNO两者的协同光催化性能,为有机-无机纳米光催化剂的有效复合及性能研究提供理论基础。     

铜纳米颗粒修饰多孔氮化硼高效还原对硝基苯酚的研究

为了寻找高催化活性、环境友好、价格低廉、稳定性好的催化剂,研究金属与载体之间的协同催化效应,采用煅烧前驱体法制备了表面富含羟基和氨基的高比表面积多孔h-BN载体,通过简单的液相还原法成功地制备出粒径分布均匀的Cu/h-BN纳米复合材料,并对复合材料的组成、微观结构和性能进行表征。结果显示,铜纳米粒子的引入并未破坏多孔h-BN的二维片状结构,但比表面积及孔径均有不同程度的下降。以对硝基苯酚(4-NP)还原为对氨基苯酚(4-AP)为模型反应,考察Cu/h-BN复合材料的催化性能,当Cu含量为6%(质量分数)时,复合纳米材料具有最高的催化性能(表观反应速率常数k=4.62×10^-2 s^-1)和稳定性,催化活性在5个循环内基本保持不变。因此,具有高比表面积的h-BN载体负载可稳定Cu纳米颗粒,它们之间的协同催化作用使Cu/h-BN具有优异的催化活性和稳定性。此研究为今后进一步研究金属与h-BN协同催化提供了理论基础。     

功能化石墨烯的性能与应用

石墨烯是一种具有独特二维晶体结构的新型碳纳米材料,具有优异的力学、电学、光学和热学性能,但是在溶剂中难以分散限制了其在很多领域的应用.功能化石墨烯提高了分散性,充分发挥了石墨烯的优良性能,在储能、生物医药、传感器和复合材料方面具有光明的应用前景.综述了石墨烯和功能化石墨烯的制备方法、优良性能及其各领域的应用.     

改性碳基材料增强铂金属催化剂研究进展

改性碳基材料是改善铂金属催化剂利用率和耐久性的重要手段之一.通过综述改性碳基材料在铂金属催化剂燃料电池中的作用,重点阐述碳基材料结构改性、元素掺杂等方法的综合利用对铂基催化剂活性和耐久性研究进展,同时对改性碳基材料的未来发展趋势进行了讨论.     

Fe_xSi_y改性C/C-SiC制动材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,采用反应熔体浸渗法(RMI),将Fe与Si同时熔渗进C/C坯体中制备FexSiy改性C/C-SiC复合材料。研究FexSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能。研究结果表明:硅铁化合物被SiC基体包围填充于C/C坯体孔隙中;FexSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度为189.65 MPa,垂直和平行摩擦面的压缩性能分别为296.93 MPa和201.32 MPa;分别采用30Cr钢和自身材料作对偶时,FexSiy改性C/C-SiC复合材料的平均摩擦因数均为0.24左右,线磨损均小于3.5μm.面-1.次-1,但与铬钢对摩静系数明显增大,而与自身对摩制动曲线出现明显翘尾现象,其摩擦磨损过程是由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损相互作用的结果。     

海泡石纤维载体催化剂的合成及应用进展

讨论了海泡石纤维的晶体结构特点,总结了酸、离子交换改性等海泡石纤维负载催化剂的制备方法.海泡石在热处理过程中的相变特征以及其在氢化还原、脱氢氧化、异构反应等催化领域方面的应用现状,并展望了未来海泡石纤维负载型催化剂的研究方向.     

改性活性炭合成醋酸乙烯固定床催化剂的实验研究

为提高乙炔气相法合成醋酸乙烯固定床催化剂的效率,增加乙炔气相法固定床工艺合成醋酸乙烯的产量,使用H2O2改进活性炭载体特性的方法,考察了活性炭改性时间、改性温度、改性剂用量对活性炭改性制得的合成醋酸乙烯固定床催化剂生产能力的影响.90℃下,用体积分数30%的H2O2对活性炭改性3 h.结果表明,改性后的活性炭作为催化剂载体的合成醋酸乙烯固定床催化剂的生产能力从1.92 g/(d.mL)提高到2.2 g/(d.mL).     

载体对W基催化剂及其催化合成甲硫醇的影响

利用浸渍法,以K2WO4为活性组分,研究了不同载体制得W基催化剂孔结构、表面化学性质及催化性能。采用BET和化学吸附法等手段对催化剂的孔结构特征和表面化学性质进行了分析表征,催化剂于甲醇-硫化氢体系进行催化性能评价。研究结果表明,不同载体对制得W基催化剂孔结构、表面化学性质及催化性能具有较大的影响;以γ-Al2O3为载体,活性组分K2WO4负载质量分数6%时,制得K2WO4(6%)/γ-Al2O3催化剂表面弱碱量较大、比表面积为215.412 m2·g-1、孔容最大为0.6345 cm3·g-1、CH3SH选择性和收率分别达最大,90.12%和72.65%。     

双功能氧电极催化剂LaNiO3掺杂改性的研究

采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型双功能氧电极催化剂LaNiO3及其B位掺杂不同比例的Co和Fe系列，用X射线衍射分析(XRD)技术对催化剂进行了表征定性，并采用稳态阴阳极极化曲线和循环伏安方法考察了各种催化剂的氧还原和氧析出催化活性，结果表明，钙钛矿型催化剂LaNi0.8Fe0.2O3和LaNi0.8CO0.2O3用在双功能氧电极上具有良好的双向催化性能。     

功能化纳米粒子的制备及其在分析中的应用

本文总结了自1999年来本研究小组在无机半导体、有机、无机-有机复合等几类功能化纳米粒子的制备及其应用方面的相关工作.     

Fabrication of silicon nitride／boron nitride nanocomposite powder

Si3N4/BN nanocomposite powders with the microstructure of the micro-sized α-Si3N4 particles coated with nano-sized BN particles were synthesized via the chemical reaction boric acid,urea,and α- Si3N4 powder in a hydrogen gas.The results of XRD,TEM,and selected area electron diffraction showed that amorphous BN and a little amount of turbostratic BN(t-BN) were coated on Si3N4 particles as the second phase after reaction at 1100℃.After re-heating the composite powders at 1450℃ in a nitrogen gas,the amorphous and turbostratic BN is transformed into h-BN.These nanocomposite powders can be used to prepare Si3N4/BN ceramic composites by hot-pressing at 1800℃,which have perfect machinability and can be drilled with normal metal tools.     

六方氮化硼及其纳米片在催化领域的研究进展

六方氮化硼(h-BN)具有优异的化学和热稳定性、良好的热传导性和很高的机械强度.除了上述性质,二维结构的六方氮化硼纳米片(BNNS)还表现出其他的优势(比表面积大、带隙宽度可调等),因此在一些关键领域有广泛的应用前景.本文对BNNS的制备及六方氮化硼(块体和纳米片)材料在催化领域的应用进行了评述与展望.     

Structure and stability of boron nitride cages

The structure and energy of boron nitrides,(BN)n (n=10-41), have been investigated theoretically. The most stable cages have been constructed on the basis of a simple design principle, and the predicated stability has been validated at the B3LYP/6-31G^* level of theory. Among these,the Th symmetrical (BN)12 cluster has been confirmed to be the most stable cage on the basis of the calculated disproportation energy and binding energy per BN unit.     

Ag/h-BNNS/PVP复合纤维膜光催化CO2还原性能研究

为了改善纳米贵金属材料的光催化性能,以三聚氰胺和硼酸为原料,采用前驱体高温热解制备高比表面积的氮化硼纳米片(h-BNNS),将其真空浸渍AgNO₃后加入到聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纺丝液中,通过静电纺丝得到Ag/h-BNNS/PVP复合纤维膜,并对复合纤维膜的组成、微观结构和光电热等性能进行表征,以CO₂的还原反应为模型探究测试复合纤维膜的光催化剂性能。结果表明：银纳米颗粒(Ag NPs)均匀分散于复合纤维的表面,平均粒径小于10 nm;纳米Ag等离子共振效应显著提高了复合物纤维膜对可见光的吸收和电子-空穴对的分离效率,Ag NPs的引入提高了膜材料的热稳定性;制备工艺中的焙烧温度为250 ℃,Ag NPs的含量为1.0%时,复合纤维膜的光催化活性最佳（CO产率为300 μmol/(g·h））;Ag/h-BNNS/PVP复合膜经过10次循环使用后,光照8 h的CO产率不低于500 μmol/g。通过掺杂Ag NPs改性h-BNNS,并将Ag/h-BNNS复合微粒负载于PVP纤维中可制备高效多孔复合膜催化剂,为氮化硼基催化剂的研究提供了理论参考。     

应力条件下单壁氮化硼纳米管结构、力学和电学性质

采用第一性原理赝势平面波方法,研究了单壁氮化硼(BN)纳米管在应力条件下的结构、力学和电学性质。计算了不同类型氮化硼纳米管的弹性模量、拉伸强度和Poisson比。结果表明:氮化硼纳米管具有与碳纳米管相同量级的弹性模量(TPa量级)和拉伸强度(GPa量级),可以当作稳定的基体材料用于复合材料的合成中。同时发现:在拉伸情况下,氮化硼纳米管的结构和能带结构均发生一定规律的变化,能隙逐渐减小。这表明,氮化硼纳米管可以用作nm级别的力学传感器。     

碳化硼的改性及其在有机硅树脂中的应用

为了提高碳化硼粉体与有机硅树脂的相容性，采用硅烷偶联剂KH-550对碳化硼粉体进行了表面改性，研究了表面改性的工艺条件及改性的碳化硼粉体对有机硅涂层性能的影响。通过接触角的测定，确定了改性工艺。偶联剂用量为碳化硼粉体质量的5.0％，改性温度为80℃，改性时间为3h。红外光谱分析表明，偶联剂在粉体表面产生了有效吸附，改变了粉体的表面性质。涂层机械性能、扫描电镜和交流阻抗测试的结果表明，改性的碳化硼粉体与有机硅树脂具有很好的相容性。     

碳掺杂pg-C3N4的制备及其光催化性能研究

为了提高单一半导体材料的光催化活性,采用水热法制备高比表面积的多孔石墨相氮化碳(pg-C₃N₄),通过碳掺杂和金纳米粒子(AuNPs)负载对pg-C₃N₄进行改性得到Au/pg-C@C₃N₄复合纳米材料,并对复合材料的组成、微观结构和性能进行表征。结果显示,碳元素的引入并未破坏pg-C₃N₄原有的片层结构,但明显提高了pg-C₃N₄的比表面积（高达158.2 m²/g）;AuNPs引入基体后,AuNPs的等离子共振效应可显著提高基体对可见光的吸收和光生电子-空穴的分离效率;当AuNPs含量为0.5%（质量分数）时,复合纳米材料具有最佳的光催化性能（表观反应速率常数k=0.078 4 s^-1）。因此,通过碳掺杂和纳米Au负载改性pg-C₃N₄可制备高活性复合光催化剂,为今后进一步提高氮化碳基催化剂的催化活性提供了理论基础。     

氮气分压比对硼碳氮薄膜的组分及光学带隙的影响

采用射频磁控溅射方法以不同的氮气分压比(1/10～2/3)制备出一组硼碳氮薄膜.傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)测量发现样品的组成原子之间均实现了原子级化合.XPS测量结果表明,所有样品中的B、N原子比近似为1:1,其化学配比为BCx N(0.16＜x＜1.46).紫外/可见/近红外分光光度计用于测量样品的吸收光谱.由吸收谱线在低能区域(2.0～3.0 eV)的光吸收,利用关系作图法求出光学带隙Eopt范围为0.17～0.83 eV.氮气分压比对薄膜的组分和光学带隙有很大影响,其通过改变薄膜组分而影响光学带隙,并且碳原子数小的样品具有较宽的光学带隙.以氮气分压比为1/3条件下制备的样品中碳原子数最小,它的光学带隙最宽为0.83 eV.