石墨烯/橡胶纳米复合材料

石墨烯具有极高的力学性质和导电/导热性质,在橡胶复合材料中具有广阔的应用前景.本文首先简要综述了石墨烯的制备和功能化,而后重点介绍了石墨烯/橡胶复合材料的制备方法、性能及相关的结构-性能关系研究的现状,并对石墨烯/橡胶复合材料研究的挑战和机遇进行了展望.     

石墨烯/橡胶纳米复合材料研究进展

石墨烯结合了碳纳米管导电和黏土片层的结构特征,为发展高性能、多功能聚合物纳米复合材料提供了新的方向.石墨烯/橡胶纳米复合材料近年来引起广泛关注.众多研究结果表明石墨烯是橡胶的理想填料之一,为高性能橡胶改性提供了新途径.本文介绍了石墨烯/橡胶纳米复合材料的3种主要制备方法,即乳液共混法、溶液共混法和机械混炼法,以及材料的物理机械性能、电学性能、气体阻隔性能和热学性能,并分析了该类材料的发展前景和存在问题.     

基于纳米银-石墨烯复合材料的增强效应电化学测定对乙酰氨基酚

利用氧化还原反应制备纳米银-石墨烯复合纳米材料(Ag NPs-GN),将其修饰在玻碳电极表面制备了纳米银-石墨烯修饰玻碳电极(Ag NPs-GN/GCE)。在p H 4.78的Britton-Robinson(B-R)缓冲溶液中,用循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)研究了对乙酰氨基酚在Ag NPs-GN/GCE和GN/GCE上的电化学行为。结果表明,二者对对乙酰氨基酚的氧化还原反应均有电催化作用,而且复合纳米材料Ag NPs-GN具有较单一GN更好的催化效果。用方波伏安法测得对乙酰氨基酚的还原峰电流与其浓度在1.0×10-7~5.0×10-4mol/L范围内呈线性关系,检出限(S/N=3)为3.0×10-8mol/L。建立了片剂中对乙酰氨基酚含量测定的新方法,修饰电极具有较好的重现性和稳定性。     

石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备及电化学性能

采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn2O4纳米晶和石墨烯纳米片,并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料,利用XRD、SEM、AFM等对其结构及表面形貌进行表征;利用CV、充放电、EIS研究纳米复合材料的电化学性能和电极过程动力学特征。结果表明:纳米LiMn2O4电极材料及其石墨烯掺杂纳米复合材料的放电比容量分别为107.16 mAh.g-1,124.30 mAh.g-1,循环100周后,对应容量保持率为74.31%和96.66%,石墨烯可显著改善尖晶石LiMn2O4电极材料的电化学性能,归结于其良好的导电性。纳米复合材料EIS上感抗的产生与半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面所造成局域浓差有关,并提出了感抗产生的模型。     

石墨烯及其聚合物纳米复合材料

石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料,具有优异的机械性能、电性能和热性能等,是聚合物纳米复合材料的理想填料。近年来,石墨烯/聚合物纳米复合材料成为聚合物基纳米复合材料的研究热点。本文对石墨烯及其聚合物纳米复合材料的研究进展进行了综述。首先概述了石墨烯的不同制备方法及石墨烯的共价与非共价改性途径。然后重点总结了石墨烯/聚合物纳米复合材料的常用制备方法及其机械性能、导电性、导热性、耐热性及阻隔性能。最后,对该领域所存在的问题进行了总结,并展望了其发展趋势。     

基于石墨烯/金纳米复合材料的无酶葡萄糖传感器

以抗坏血酸(AA)为还原剂,通过一步还原法将氧化石墨烯和氯金酸同时还原,合成石墨烯/金纳米复合材料,并直接滴涂于玻碳电极表面,构建基于石墨烯/金纳米复合材料的无酶葡萄糖传感器。采用循环伏安法和线性扫描伏安法对传感器的性质进行了研究。结果表明,该传感器能催化葡萄糖的氧化,且其氧化峰电流随葡萄糖浓度的增大而增大。测定葡萄糖的线性范围为0.01~2.5mmol/L(R=0.9964),检出限(S/N=3)为3μmol/L。对同一浓度的葡萄糖溶液平行测定8次,其电流强度的相对标准偏差(RSD)为2.6%。该传感器制作简单、稳定性好,将其用于葡萄糖注射液的检测,方法灵敏,其加标回收率为92.9%。     

壳聚糖/氧化石墨烯纳米复合材料的形态和力学性能研究

通过溶液共混法成功制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料. 透射电镜(TEM)结果表明, 氧化石墨烯纳米粒子在壳聚糖基体中分散良好. 拉伸实验结果表明, 随氧化石墨烯含量的增加, 氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的杨氏模量和拉伸强度均显著改善, 加入4 wt%的氧化石墨烯能够使纳米复合材料的杨氏模量和拉伸强度分别提高123%和117%|但另一方面, 却也在一定程度上使复合材料的断裂伸长率或韧性下降.     

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及电化学储锂性能

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO3纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO3/RGO).将WO3/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能.结果显示,在0.1C(1C=638 mA?g-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh?g-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh?g-1,保持率为83.4%.即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh?g-1.由此说明,WO3/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

碳包覆Ti_2Nb_2O_9纳米片的制备及其储钠性能

具有两种不同阳离子的二元金属氧化物在钠离子电池中可发生可逆的多电子反应,是一类非常具有应用前景的高容量负极材料。在本项工作中,通过离子交换法和化学剥离法得到HTiNbO_5纳米片,采用水热法将其与蔗糖复合再经由后续热处理得到碳包覆的Ti_2Nb_2O_9纳米片材料。碳包覆的Ti_2Nb_2O_9纳米片可用作钠离子电池的负极材料,具有更高的电子导电性和多的反应活性点以及快速的离子传输通道,在50 m A?g~(-1)的电流密度下具有265.2 m Ah?g~(-1)的可逆容量。在0.5A?g~(-1)的大电流密度下,循环200圈之后比容量为160.9 m Ah?g~(-1) (容量保持率75.3%)。研究结果表明Ti_2Nb_2O_9/C纳米片在钠离子电池中具有出色的充放电性能和循环稳定性,为钠离子电池负极材料提供了可行的新选择。     

An Electrochemical Immunosensor Based on SPA and rGO-PEI-Ag-Nf for the Detection of Arsanilic Acid

A sensitive electrochemical immunosensor was prepared for rapid detection of ASA based on arsanilic acid (ASA) monoclonal antibody with high affinity. In the preparation of nanomaterials, polyethyleneimine (PEI) improved the stability of the solution and acted as a reducing agent to generate reduced graphene oxide (rGO) with relatively strong conductivity, thereby promoting the transfer of electrons. The dual conductivity of rGO and silver nanoparticles (AgNPs) improved the sensitivity of the sensor. The synthesis of nanomaterials were confirmed by UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. In the optimal experiment conditions, the sensor could achieve the detection range of 0.50–500 ng mL⁻¹ and the limit of detection (LOD) of 0.38 ng mL⁻¹ (S/N = 3). Moreover, the sensor exhibited excellent specificity and acceptable stability, suggesting that the proposed sensor possessed a good potential in ASA detection. Thus, the as-prepared biosensor may be a potential way for detecting other antibiotics in meat and animal-derived foods.     

聚吡咯/氧化石墨烯层状复合材料的制备及其在超级电容器中的应用(英文)

通过将吡咯单体在低温下与氧化石墨烯进行原位聚合,获得聚吡咯/石墨烯(Ppy/CRGO)复合材料.采用场发射电子显微镜(FESEM)、红外(FT-IR)和热重分析(TGA)对复合物的表面形貌、结构进行表征.FESEM结果表明,通过控制氧化石墨烯(GO)和吡咯单体的质量比例,可以对复合物的层状和厚度进行调控.FT-IR和TGA结果表明,聚吡咯(Ppy)是通过化学键合的方式与氧化石墨烯复合在一起.通过机械冷压法将粉末状Ppy/CRGO复合物压成圆片电极,并探讨了石墨烯和聚吡咯复合比例、反应时间、烘干温度和孔隙率等因素对Ppy/CRGO复合物电极的电学和电化学性能的影响.结果表明,Ppy与CRGO质量比为10∶1所制得的Ppy/CRGO复合物的电容量为421 F·g-1,通过在电极中引入孔隙,电容量能进一步提升为509 F·g-1.     

Fabrication of Nb2O5/Carbon Submicrostructures for Advanced Lithium-Ion Battery Anodes

Nb₂O₅ possesses superior fast Li⁺ storage capability for LIB anodes, benefiting from its fast pseudocapacitive behavior and low volumetric change within the cycling processes. However, the poor electric conductivity for Nb₂O₅ restricts its reaction kinetics and rate property. Herein, Nb₂O₅/carbon (C) submicrostructures are fabricated by solvothermal method followed by calcination process. The Nb₂O₅/C submicrostructures exhibit outstanding rate behavior and cyclic performance (332 (194) mAh g⁻¹ after 1000 cycles at 1 (5) A g⁻¹). The superior electrochemical property is attributed to the distinctive structure for Nb₂O₅/C submicrostructures, in which Nb₂O₅ nanoparticles uniformly distributed within Nb₂O₅/C composite can protect Nb₂O₅ nanoparticles from agglomeration, and the porous carbon matrix can enhance electron/ion conductivity. This work furnishes a novel strategy for fabricating Nb₂O₅/C submicrostructures with superior Li⁺ storage performance, which can be potentially used to design other metal oxide/C submicrostructures for second battery anode.     

Fe_3O_4空心球/石墨烯复合吸波材料的制备及其性能

利用化学法制备氧化石墨烯(GO)与石墨烯(RGO),然后以水热法制备Fe3O4空心球/RGO复合吸波材料。XRD测试结果表明成功合成了具有立方结构的Fe3O4;SEM,TEM分析结果表明复合材料结构分布均匀,粒径约为100 nm。测试了材料在2~18 GHz波段的电磁参数,模拟计算了材料的反射率,结果显示复合材料的吸波性能比RGO有明显提升。当匹配厚度为7 mm时,复合材料具有两个吸收峰:在5.5 GHz处吸收峰为–9.5 d B,在16.5GHz处出现最大吸收峰–36 d B。     

壳聚糖/氮掺杂还原氧化石墨烯修饰电极对黄嘌呤的检测及尿酸抑制的研究

用碳热还原法制备氮掺杂还原氧化石墨烯(N-RGO),用壳聚糖(CS)的乙酸溶液作为氮掺杂还原氧化石墨烯(N-RGO)的分散剂,将其修饰在玻碳电极表面,用于检测黄嘌呤(xanthine).该传感器对黄嘌呤展现出优异的电化学响应,线性范围为2.99×10^-8～1.07×10^-4mol/L,检测限为9.96×10^-9mol/L(S/N=3).此外,利用循环伏安法(CV)对黄嘌呤电化学行为进行了研究.最后,用电化学的方法研究了非布索坦(Febuxostat)和别嘌呤醇(Allopurinol)两种药物对尿酸生成的抑制.本工作为痛风的诊断和治疗提供了重要的信息.     

Selective Aerobic Oxidation of Primary Alcohols to Aldehydes over Nb2O5 Photocatalyst with Visible Light

Primary alcohols are selectively converted into aldehydes by using a Nb₂O₅ photocatalyst under visible‐light irradiation. A strong interaction between the alcohol and Nb₂O₅ generates a donor level within the forbidden band of Nb₂O₅, which provides a visible‐light‐harvesting ability. Over oxidation of aldehydes into carboxylic acids does not proceed under visible‐light irradiation.     

基于三维花状五氧化二铌及活性炭的锂离子混合电容器

锂离子混合电容器由于兼备锂离子电池和超级电容器的优势,即较高的能量密度和功率密度,而成为当前能量存储体系的研究热点。本工作合成了具有三维花状微纳结构的正交相五氧化二铌(T-Nb_2O_5),并将其与活性炭(AC)相匹配,设计出一种新型的T-Nb_2O_5/AC锂离子混合电容器。循环伏安和恒电流充放电的测试结果表明该锂离子混合电容器具有较好的电化学性能,如在碳酸酯类的有机电解液中,工作电压可达到3.0 V;在100 m A·g~(-1)的电流密度下,电容器的比能量和比功率密度可达到53.79 Wh·kg~(-1)和294 W·kg~(-1);在200 m A·g~(-1)的电流密度下,经过1000次充放电循环后,该电容器的比能量保持率为73%。由此可见,本工作开发的T-Nb_2O_5/AC锂离子混合电容器将在高功率的储能设备中有很好地应用前景。     

铜掺杂五氧化二钒的制备及电化学性质

采用沉淀法于300 和600 ℃制备了结晶状的Cu0.04V2O5材料. 扫描电镜显示, 300 ℃时制备的样品具有多孔特征, 而600 ℃时制备的样品具有很高的结晶度. X射线研究表明, 少量铜掺杂不会改变V2O5的正交晶体结构. 红外光谱研究表明, 300 ℃时制备的Cu0.04V2O5样品含有少量水. 热失重分析确定了样品中所含水分是以吸附水的形式存在, 1 mol材料分子吸附水的摩尔数约为0.18 mol. 铜掺杂显著改善了V2O5的结构稳定性, 进而提高了材料的充放电循环性能. 于600 ℃制备的样品在C/5.6倍率下具有160 mAh·g-1的可逆比容量, 但提高放电倍率明显降低了材料的循环性能. 于300 ℃制备的样品在C/5.6倍率时的循环性能不如600 ℃样品, 但该材料在C/1.9倍率时仍具有100 mAh·g-1左右的可逆比容量. 两种材料在电化学性能上的差异与材料的微结构有关. 低温样品在较高放电倍率时良好的循环性能得益于其多孔的微结构, 而高温样品由于其较高的结晶度而表现出优异的低倍率充放电性能.     

MoO3和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上短链烷烃燃烧反应的不同促进作用

贵金属Pt催化剂具有高活性和热稳定性,广泛应用于催化挥发性有机物的完全氧化反应(燃烧反应).短链烷烃(甲烷、乙烷、丙烷等)化学性质稳定,是最难氧化的一类有机物,常用作考察燃烧反应催化剂性能的模型反应物.然而,目前报道的研究工作通常仅限于针对某一种烷烃底物的催化燃烧,系统考察催化剂以及助剂对不同短链烷烃的催化燃烧活性鲜有报道.在短链烷烃中,甲烷只有C–H键;而其它烷烃除了C–H键;还有C–C键.因此,研究催化剂对甲烷、乙烷和丙烷燃烧反应催化性能的差异性,对于认识催化剂上C–H键和C–C键的活化具有非常重要的意义.本文制备了MoO3或Nb2O5修饰的Pt/ZrO2催化剂并用于短链烷烃的燃烧反应.研究发现,MoO3助剂对甲烷燃烧有明显的抑制作用,但对乙烷,丙烷和正己烷燃烧反应具有促进作用,促进作用随着烷烃碳链的增长逐渐增加;Nb2O5助剂对甲烷、乙烷、丙烷和正己烷燃烧反应均具有促进作用,然而促进作用随着碳链的增长而逐渐减弱.MoO3和Nb2O5助剂的不同促进作用与助剂影响催化剂表面酸性以及Pt物种的氧化或还原态有关.NH3-TPD结果表明,MoO3助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面强酸位点数量,而Nb2O5助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面中强酸位点数量.HTEM结果表明,两种助剂的添加都不会明显改变Pt物种的颗粒尺寸.在Pt-Mo/ZrO2催化剂上,MoO3覆盖部分Pt物种形成丰富的Pt-MoO3界面,促进了金属Pt物种和强表面酸性位点的生成,提高了丙烷燃烧反应活性;Pt-Nb/ZrO2催化剂上载体表面的部分Nb2O5被Pt物种包覆,使得生成的表面Pt-Nb2O5界面低于Pt-Mo/ZrO2催化剂,但由于催化剂表面酸性位的提升,也促进了丙烷燃烧反应活性的提高.XPS结果表明,在甲烷燃烧反应中,Pt-Nb/ZrO2催化剂上Ptn+物种能够更加稳定地存在,这可能是Nb2O5助剂提高Pt-Nb/ZrO2催化剂上甲烷燃烧活性的关键.而Pt-Mo/ZrO2催化剂上Ptn+物种在甲烷反应中可以更容易地被还原,并且由于MoO3的包裹导致暴露的Pt位点数量降低,使催化剂催化甲烷燃烧的活性受到抑制.可见,MoO3助剂更有利于C–C键活化,而Nb2O5助剂更有利于高键能的C–H键活化.综上,本文系统性地研究MoO3助剂和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上不同短链烷烃的燃烧反应的影响,证实了两种助剂的促进作用与碳链长度的关系是截然不同的.