SnS2纳米花/石墨烯纳米复合物的一步法合成及其增强的锂离子存储性能

SnS₂ is considered as an attractive anode material to substitute commercial graphite anodes of lithium-ion batteries due to its high specific capacity of 645 mAh·g^-1 as well as low cost. Nevertheless, it suffers poor large volume expansion during the lithiation/delithiation processes, leading to the loss of electrical contact and rapid capacity fading. Herein, by using a facile one-step solvothermal method, SnS₂ nanoflower/graphene nanocomposites (SnS₂ NF/GNs) were prepared, where flower-like SnS₂ hierarchical nanostructures consisting of ultrathin nanoplates, are tightly enwrapped in graphene nanosheets. As anode materials for lithium-ion batteries, the SnS₂ NF/GNs electrode exhibit superior electrochemical performance, with a reversible capacity of 523 mAh·g^-1 after 200 charge-discharge cycles. The enhanced Li storage performance was attributed to the synergistic effect of SnS₂ and graphene. The SnS₂ NF can effectively accommodate the volume change and shorten Li⁺ diffusion distance, while graphene nanosheets can further alleviate the volume expansion of SnS₂ and improve the electronic conductivity.     

SnS_2/GCP(石墨烯复合粉末)微米复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能（英文）

以石墨烯复合粉末为添加剂,采用一步水热法制备了一种SnS_2/GCP微米复合材料。在所得到的复合材料中,SnS_2纳米片相互缠绕组成多孔球状SnS_2颗粒,石墨烯复合粉末均匀的包裹在球状SnS_2颗粒表面。将所制备的SnS_2/GCP微米复合材料用作锂离子电池负极材料测其电化学性能。结果显示,在0.1 A·g-1的电流密度下可逆比容量为795.6 m Ah·g-1,循环100次后比容量损失不到1%。相比于SnS_2其比容量和循环稳定性得到了明显改善,主要是由于石墨烯复合粉末的加入,不仅缓解了SnS_2颗粒在充放电过程中的团聚和体积膨胀,而且还提高了SnS_2颗粒的电导率。     

一步法制备TiO_2/石墨烯复合多孔薄膜应用于增强光催化活性及光伏性能（英文）

纳米二氧化钛具有制备简单、成本低、化学稳定性好及光响应度高等诸多优势,因而广泛应用于光催化及太阳能转化等诸多领域中.然而,传统TiO_2纳米材料受限于较高光电子空穴复合率,导致其光催化活性及光电转化效率较低.为解决这一问题,研究者采用多种方法用以改善纳米TiO_2的结构,包括化学掺杂、半导体材料插层、碳材料杂化等;另一方面则关注材料结构的设计,例如将合成的纳米材料进一步加工为多孔薄膜,以增大材料比表面积及器件稳定性,以增强其器件性能.其中,将石墨烯引入纳米TiO_2中,形成复合纳米材料,以提升材料本身的光电子传输效率,降低光生载流子复合率,为制备高性能光催化剂及光伏器件开辟了一条可行之路.然而,目前制备的纳米TiO_2/石墨烯复合材料的性能仍不理想,其中常见的问题为合成的材料团聚严重,导致光生载流子在界面传输阻力及复合率都十分高,限制其实际应用.此外,当前大多数关于纳米TiO_2/石墨烯的制备方法仍为溶胶凝胶法、水热法等,所得材料需要进一步进行微纳加工方能形成介孔结构;这些加工方式往往需要二次退火处理,这会进一步加重纳米材料的团聚现象,导致孔隙率分布混乱、材料界面缺陷增多等不良结果.因此,本文采用一步法-蒸汽热法成功制备了TiO_2/石墨烯复合多孔薄膜,无需二次热处理.实验结果表明,所制TiO_2/石墨烯复合物(VTH)的形貌为二维结构,其比表面积高达260 m~2g~(–1),获得的多孔薄膜无明显团聚且孔隙分布集中.当复合物中还原氧化石墨烯含量为5.0wt%时,其光催化活性最高,高于单一的TiO_2薄膜近3倍;将还原氧化石墨烯含量为0.75wt%的复合物用于染料敏化太阳能电池的光阳极时,光电转化效率达到7.58%,明显高于传统方法制备的单一TiO_2的(4.38%).     

CeO_2/NaNbO_3复合物的水热合成及其光催化性能的提高（英文）

钙钛矿型NaNbO_3由于其非线性光学、铁电、离子导电性、高声速、光催化性能和光折变等优良性能而备受关注.在光催化反应中,宽禁带宽度(≈3.24 eV)使NaNbO_3具有较高的导带底(CBM)和较低的价带顶(VBM).因此,它表现出强烈的光氧化和光还原能力.众所周知,钙钛矿型光催化剂光电子激发和传输能力的增强归因于其较高的对称性.因此,具有高对称性的立方NaNbO_3有利于电子激发和转移.但是,一些固有的缺点,包括电荷分离效率低、量子产率差和光催化活性差等,限制了其在光催化领域的实际应用.为了解决这些问题,一种有效的方法是与其他半导体结合,形成具有改善光催化活性的异质结复合物.CeO_2作为传统的催化剂在光催化领域得到了广泛研究.CeO_2具有稳定、无毒的特点,是一种n型半导体.目前,研究人员已经发现CeO_2与不同半导体的耦合可以提高CeO_2的光催化活性.这归因于能级水平的适当匹配.本文通过简易水热法制备了高活性的CeO_2/NaNbO_3异质结复合物,并采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM,HRTEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)等表征技术研究了所制光催化剂的物相结构、样品形貌和光学性能.所制样品的光催化活性通过光催化降解无色抗菌环丙沙星(CIP)和染料罗丹明B(RhB)证实.结果表明,在紫外和可见光照射,CeO_2/NaNbO_3复合物比纯NaNbO_3具有更高的光催化活性.此外,CeO_2/NaNbO_3复合物中CeO_2的最佳质量比为2.0 wt%.紫外光照射下光催化性能的显著提高是由于CeO_2/NaNbO_3异质结的形成不仅提高了光生电荷在界面范围内的迁移速率,而且降低了光激发产生的电子和空穴的复合率.可见光照射下内置电场的存在促进了电子和空穴的分离,提高了光催化性能.此外,利用光致发光(PL)光谱、光电流、电化学阻抗谱和捕获实验证明了样品的光催化反应机理.捕获实验结果表明,·OH自由基、·O_2~-自由基和空穴都参与了RhB的光催化降解过程.最后,探讨了提高光催化活性的可能机理.     

还原氧化石墨烯/TiO2纳米复合物制备及其光催化性能

采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯-二氧化钛(RGO-P25)纳米复合物.通过透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)及紫外-可见漫反射谱(UVVisDRS)对复合材料的结构和光电性能进行了表征.在紫外光照和可见光照条件下,研究了不同复合比例的复合物的光催化降解甲基蓝(MB)的性能.结果表明:在水热过程中氧化石墨烯被还原,通过静电引力相互作用得到了具有较高缺陷的还原氧化石墨烯复合物.随着RGO含量的增加,复合物的禁带宽度由3.00 eV变到2.27eV,复合物的导电性增强.在可见光和紫外光光照条件下, 30 min内1%(w,质量分数)RGO-P25光催化降解甲基蓝的效率都超过了80%.紫外光照条件下, 1%RGO-P25纳米复合物催化降解N3染料, cis-Ru(H₂dcbpy)₂(NCS)₂ (H₂dcbpy = 4, 4'-二羧酸-2, 2'-联吡啶), 30 min内63%(摩尔分数)的染料被降解.与P25(75%锐钛矿, 25%金红石)相比,石墨烯的加入大大提高了光催化效率,有效抑制了电子-空穴对的复合.     

羧基功能化石墨烯增强TiO_2光催化产氢性能（英文）

利用半导体光催化剂(Cd S、g-C_3N_4、TiO_2等)产氢是将太阳能转换为氢能以满足未来能源需求的前瞻性策略之一。在众多光催化剂中,TiO_2因其合适的还原电位和出色的化学稳定性而备受关注。然而,TiO_2受光激发产生的电子和空穴容易发生猝灭而表现出有限的光催化性能。由于具备优异的导电性和稳定性,石墨烯可以作为一种有效的电子助剂加速光生电子的传输,进而提高TiO_2的产氢性能。但是,在光催化反应中,除了光生电子的快速转移外,石墨烯表面的界面产氢反应也非常重要。因此,有必要进一步优化石墨烯的微观结构(功能化石墨烯),以提高石墨烯基TiO_2光催化剂的产氢性能。通常,石墨烯的功能化是一个可以在石墨烯表面上引入产氢活性位点的有效策略。与非共价功能化(例如在石墨烯表面上加载Pt,MoSx和CoSx)相比,石墨烯的共价功能化可以通过化学反应将产氢活性位点与石墨烯表面的官能团相结合,并形成强相互作用,有利于界面的产氢反应。本文将开环和酯化反应制备的羧基功能化石墨烯(rGO-COOH)成功地通过超声辅助自组装法修饰TiO_2得到高活性的TiO_2/rGO-COOH光催化剂。傅立叶变换红外(FTIR)光谱显著增强的―COOH官能团特征峰、X射线光电子能谱(XPS)中的峰面积变化和热重(TG)曲线的质量变化证实了GO向rGOCOOH的成功转变。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、XPS和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)等一系列表征可证明TiO_2/rGO-COOH光催化剂的成功合成。光催化产氢测试结果表明TiO_2/rGO-COOH样品表现出较高的产氢活性(254.2μmol·h~(-1)·g~(-1)·),分别是TiO_2/GO和TiO_2的2.06和4.48倍。光催化活性提高可归因于羧基功能化石墨烯中具有优异亲核性的羧基可以富集氢离子,并作为有效的产氢活性位点,显著地提高TiO_2的界面产氢反应速率。这项研究为我们在光催化产氢领域中开发高活性石墨烯负载的光催化剂提供了新的思路。     

纳米SiO_2/氧化石墨烯复合物的制备及其应用

综述了纳米二氧化硅(SiO_2)和氧化石墨烯(GO)纳米片的优缺点以及二者在应用中的协同效应.介绍了纳米SiO_2/氧化石墨烯复合物(SiO_2/GO)的制备方法,综述了该复合物在聚合物改性及其他领域中的应用.     

一步法合成聚苯胺/十二烷基苯磺酸钠超疏水复合材料（英文）

在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)体系中,采用一步法制得聚苯胺/SDBS超疏水复合材料.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察产物形貌并测定其元素组成.通过傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见光谱仪、X射线衍射等对其结构进行表征,用视频接触角测量仪测定材料的亲疏水性.考察SDBS浓度和溶液酸度对产物形貌及疏水性能的影响,探讨疏水机理.结果表明:在pH=1-9,SDBS浓度大于0.016 mol?L-1条件下,所制备复合材料的水接触角大于150°,SDBS掺杂使得苯胺单体的转化率高达98%.两亲分子SDBS亲水磺酸基与聚苯胺主链上的亚胺基不仅存在静电引力,而且能形成磺酰胺键,聚苯胺主链间又以氢键相互连接,SDBS分子的疏水烃基有序排列朝向聚苯胺主链外侧,从而组装形成具有微纳结构的聚苯胺/SDBS超疏水复合材料.本文结果有利于更好地理解聚苯胺/SDBS超疏水性复合材料的形成机理,对超疏水材料的设计提供新思路.     

Si/Ti_xSi_y复合物的合成及其锂离子电池负极性能研究

通过机械球磨和高温热处理合成得到Si和Ti_xSi_y纳米颗粒复合物Si/Ti_xSi_y,并对该化合物进行X射线能谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)表征.合成的Si/Ti_xSi_y和机械球磨的Si/TiO_2都被用于锂离子电池的负极材料,Si/Ti_xSi_y表现出优越的充放电性能、较好的循环稳定性和倍率性能.     

Ag/AgCl/BiOIO_3三元复合物光催化剂的性能增强机制（英文）

半导体光催化技术是一种环境友好技术,它既能在温和条件下应用于环境领域——利用光能降解有机和无机污染物,又可应用于能源领域——将低密度的太阳能转化为高密度的洁净能源,因而在解决环境污染和能源匮乏问题方面展现出巨大的应用潜力.最近,一种新型Bi基光催化剂,Bi OIO3,表现出优异的紫外光催化性能.它由层状[Bi2O2]2+和[IO3]-组装而成,带隙为3.1 e V左右.然而,其较大的带隙限制了其对太阳光的利用.近年来,多种方法如金属掺杂、非金属掺杂、半导体复合、光敏化改性和加氢处理被用来提高半导体的光催化效率.其中,以Ag/AgX(X=Cl,I和Br)作为助催化剂可提高体系的可见光吸收和载流子的分离能力,从而增强光催化性能.基于此,我们设计并合成了一种新型的三元光催化剂.首先采用水热法合成了Bi OIO3纳米片,然后在室温条件下原位引进Ag/Ag Cl,制备了Ag/Ag Cl/Bi OIO3三元异质结构.与Ag/Ag Cl和纯的Bi OIO3相比,该三元Ag/Ag Cl/Bi OIO3复合物光催化剂对NO表现出优异的可见光光催化去除性能.本文采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描式电子显微镜(SEM)、电化学测试(光电流和阻抗谱)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等表征手段研究了Ag/Ag Cl/Bi OIO3光催化性能增强的机制.SEM结果表明,制备的Ag/Ag Cl/Bi OIO3三元复合物为纳米颗粒和纳米片形貌,Ag/AgC l的引入对Bi OIO3形貌影响不大.XRD和XPS测试结果表明,与纯的Bi OIO3相比,随着Ag/AgC l的加入,复合物的峰位置发生了明显位移,表明Ag,AgC l和Bi OIO3三组分间存在强的相互作用.光电流响应图谱表明,随着Ag/Ag Cl的加入,Ag/Ag Cl/Bi OIO3的光电流强度明显增强,同时阻抗谱的圆弧直径明显减小,表明电子和空穴的分离能力增强.UV-Vis图谱中,Bi OIO3在可见光区几乎没有吸收,而三元复合物表现出明显的可见光吸收,且随着Ag/AgC l量的增加,复合物的可见光吸收增强,该吸收归结于复合物中Ag的表面等离子体吸收.结合之前报道的光催化剂体系如Ag/Ag Cl和Ag/Ag Cl/Ti O2,我们提出了Ag/Ag Cl/Bi OIO3复合物光催化剂性能增强的机制.在可见光照射下,Ag0因其表面等离子体吸收而产生电子空穴对.由于功函数不同,Ag和Bi OIO3之间形成肖特基势垒.电子从Ag0表面转移到Bi OIO3的导带上,Bi OIO3导带上电子的电势不足以把O2氧化成·O-2,但电子能以多电子的形式与O2和H+生成水.同时,Ag0表面的空穴能将AgC l表面的Cl-氧化成Cl0.光照诱导AgC l表面的部分Ag+离子被还原,所以AgC l粒子的表面带负电荷.Cl0是活性自由基,能够氧化去除NO,反应之后自身被还原成Cl-.由此可见,在三元复合光催化剂中,Ag0在可见光照射下因其表面等离子体效应产生电子空穴对,随后Bi OIO3有效地分离了光生载流子,使得复合材料能有效地利用光生电子和空穴.故三元Ag/Ag Cl/Bi OIO3复合物光催化剂增强的光催化性能可归结于Ag的表面等离子体吸收和Bi OIO3的载流子分离能力.该结果有助于设计和制备具有优异的光催化性能的Bi OIO3基材料.     

Ag-NaTaO_3-RGO复合物的合成及其改进的光催化制氢性能（英文）

以石墨粉,钽酸钠以及硝酸银为原料,通过三步合成法制备出一系列Ag-NaTaO_3-RGO复合材料。并对样品在紫外光照射下的光解水制氢活性进行了评价。结果表明:系列Ag-NaTaO_3-RGO复合材料均表现出较高的光解水制氢活性。其中,性能最优的0.2Ag-NaTaO_3-RGO的制氢速率分别是NaTaO_3,Ag-NaTaO_3,和NaTaO_3-RGO的5.64,1.97和1.48倍。对Ag-NaTaO_3-RGO复合材料光催化制氢性能改进的原因进行了探讨:(1)石墨烯具有优异的电子转移性能,能够有效阻止光生电子、空穴的复合。(2)银纳米颗粒充当电子陷阱,能够进一步提高电子空穴分离速率。(3)石墨烯的引入增强了复合物的光吸收性能。最后,根据所得实验数据,给出了Ag-NaTaO_3-RGO复合材料光催化制氢的反应机理。     

石墨烯/CdTe量子点复合物的合成及在克伦特罗检测方面的应用（英文）

成功地合成了石墨烯/CdTe量子点复合物,并采用透射电镜、紫外吸收光谱、荧光发射光谱、荧光衰减曲线和X射线光电子能谱对产物进行了表征。透射电镜结果显示CdTe量子点被修饰于石墨烯的表面;X射线光电子能谱结果表示石墨烯在合成过程中被还原,还表明在所合材料的表面具有羧基和羟基;荧光发射光谱和荧光衰减曲线的结果显示将CdTe量子点修饰于石墨烯表面显著提高了CdTe量子点的荧光性能。此外,基于克伦特罗和石墨烯/CdTe量子点复合物之间形成的氢键,所合成材料可用于定量分析克伦特罗。克伦特罗对石墨烯/CdTe量子点复合物具有显著的猝灭作用,荧光强度的降低(F0/F)与克伦特罗之间存在良好的线性关系,线性范围为7.22~108.30μmol·L-1,检出限为4μmol·L-1。     

BiPO4/石墨烯光电极的制备及其光电催化性能（英文）

光电催化(PEC)氧化法是一种使用半导体电极材料在光和电的共同作用下处理水中有机污染的有效方法.在PEC工艺中,施加偏压不仅可以利用电催化对有机污染物进行降解,而且在偏压作用下,光生电子-空穴对能够得到有效的分离和传输,从而大大提高了机物污染物的去除速率.尽管PEC技术已经取得了许多重要的突破,但是能量转换效率仍然无法满足实际应用.因此,开发具有优异性能,良好稳定性和低成本的光电极材料是一项具有挑战性的研究工作.本文采用两步电沉积法制备了BiPO4纳米棒/还原氧化石墨烯/FTO复合光电极(BiPO4/r GO/FTO).电镜结果表明,电沉积制得的纳米棒状磷酸铋均匀负载在石墨烯纳米片层表面.采用甲基橙为模型体系,考察了复合光电极的光电催化活性.BiPO4/r GO/FTO复合电极的光电催化降解速率是BiPO4/FTO光电极的2.8倍,显示出优良的光电催化活性.实验进一步研究了工作电压和BiPO4沉积时间对甲基橙光电降解性能的影响.最佳的BiPO4沉积时间为45 min,最佳工作电压为1.2 V.捕获实验和ESR实验表明羟基自由基(·OH)和超氧化物自由基(·O2-)是该电极的主要活性物种.BiPO4/r GO/FTO复合电极经过四次循环实验后其降解甲基橙效率保持不变,显示出高稳定性,采用光电流,交流阻抗及其荧光测试对其光催化机理进行推测.结果表明该复合光电极具有高PEC活性的主要原因是:石墨烯的引入加快了BiPO4的电子空穴的分离,拓宽了石墨烯的可见光吸收范围;同时,石墨烯诱导产生的BiPO4混合相也进一步促进了光生电子空穴的分离,提高了光电降解活性.     

化学功能化增强贵金属纳米晶电催化性能（英文）

基于电催化过程的可再生和清洁能源的生产、转换和储存技术(如水电解和燃料电池)是缓解全球能源短缺和环境污染问题的有效手段.目前,水电解和燃料电池技术的实际应用缺乏高效、稳定的电催化剂来驱动动力学迟缓的阴极和阳极反应.贵金属纳米晶由于其独特的电子结构和高化学惰性而具有高电催化活性和稳定性.为了提升贵金属纳米晶的本征电催化性能,大量研究聚焦在利用面积效应、晶面效应和不同组分之间的协同效应来调控贵金属的粒径、形貌和化学成分.事实上,贵金属纳米晶的电催化性能也与其表/界面性质密切相关.电催化剂表面的化学功能化可以改变电极/电解质界面结构,从而提高电催化活性和选择性,这对开发新型高效的电催化剂具有重要的理论意义.本文系统介绍了本课题组开发的聚胺(PAM)功能化贵金属纳米电催化剂的合成方法及其在燃料电池和电解池等能源转换装置中的应用,具体包括:通过引入PAM控制反应动力学来调控纳米晶体的结构和形态,构建界面功能化贵金属纳米电催化剂;利用金属表面修饰的PAM分子改变表面催化位点的电子结构、配位环境等物理化学性质来控制反应物和中间体等的吸附行为,从而达到调节催化活性的目的;采用PAM分子来隔离特定活性位...     

原位聚合PPy/g-C_3N_4复合物增强可见光催化性能（英文）

近年发展起来的低能耗、高效率的光催化技术为解决环境污染和能源短缺等问题提供了新途径.在众多光催化材料中,非金属石墨相氮化碳(g-C_3N_4)半导体材料因其化学稳定性和热稳定性优异、能带结构易调控、前驱体价格低廉等特点备受关注.然而,g-C_3N_4的光生电子-空穴对极易复合,比表面积较小,不能充分利用太阳光等,因而其光催化活性较低.目前,为了提高g-C_3N_4光催化性能,多采用金属或非金属元素掺杂、与其他物质形成异质结、与其他半导体材料进行共聚合等方式.其中,共聚合有利于调节g-C_3N_4内部电子结构,促进g-C_3N_4光生载流子的分离与迁移,而且具有高度离域π-π*共轭结构的导电聚合物更适合与g-C_3N_4进行共聚合,从而进一步提高g-C_3N_4的光催化性能.本文采用原位聚合法制备合成了导电聚吡咯(PPy)与g-C_3N_4的复合材料,并以10 mg L.1亚甲基蓝(MB)作为目标污染物评价其可见光催化性能.经X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、比表面积、紫外-可见光谱等一系列表征分析可知,PPy/g-C_3N_4复合物(002)晶面衍射峰强度较g-C_3N_4减弱,表明PPy抑制了g-C_3N_4晶型生长,但未影响其晶型结构.不规则薄片状g-C_3N_4表面均匀地负载有非晶态PPy颗粒,复合物微观形貌发生变化.PPy与g-C_3N_4共轭芳香环层间堆积形成的介孔、大孔孔径和孔容积均增加,比表面积增大了7 m2 g.1,使目标污染物能与光催化剂表面活性物质充分接触反应.同时,PPy具有较强吸光系数,对可见光能完全吸收;PPy/g-C_3N_4复合物的可见光吸收边带发生红移,呈现出较g-C_3N_4更强的可见光吸收能力,提高对可见光的利用效率.光催化降解MB实验结果表明,在可见光(12 W LED灯)照射2 h后,含有0.75 wt%PPy的复合样品0.75PPy/g-C_3N_4表现出最佳光催化活性,MB降解效率为99%;且污染物光催化降解过程符合准一级动力学,反应速率常数(0.03773 min~(-1))约为同条件下g-C_3N_4(0.01284 min~(-1))的3倍.自由基捕获测试实验表明,g-C_3N_4和0.75PPy/g-C_3N_4均产生了·O~2~-自由基,但后者的·O2~-信号更强.这是因为PPy也可吸收可见光并激发出电子,该电子转移到g-C_3N_4导带,再与其本身的电子共同与O2反应生成·O_2-.然而只有0.75PPy/g-C_3N_4在光催化过程中产生了·OH自由基,是由于g-C_3N_4的价带(+1.4 eV)较H_2O/·OH(+2.38 eV vs.NHE)和OH~-/·OH(+1.99 eV vs.NHE)小,此价带上的h~+不能与H_2O和OH~-反应生成·OH,而是由生成的·O_2~-再与e~-和H~+反应产生,即·O_2~-+2H+2e~-CB→·OH+OH~-.本文最后分析了以·O_2~-和·OH作为主要活性物质的PPy/g-C_3N_4复合物光催化降解污染物的反应机理,PPy具有强导电性,可作为光生电子和空穴的传输通道,抑制其在g-C_3N_4表面的复合.     

微波辅助溶剂热法制备Pt/石墨烯-TiO_2及其催化性能（英文）

质子交换膜燃料电池具有比能量高、结构简单、工作温度低、高效清洁和安静无摩擦等优点,是一种非常具有发展前景的电源.燃料电池借用电催化剂把燃料与氧化剂中的化学能转化为电能,通常采用碳粉负载的Pt催化剂.在燃料电池的工作环境下,碳粉载体容易腐蚀和团聚,降低了催化剂活性和稳定性,进而降低了燃料电池的使用寿命.因此,探索高稳定性的催化剂载体有利于提高催化剂的稳定性,促进燃料电池的实用化进程.为增强催化剂载体的抗腐蚀能力,一些金属氧化物如SnO2,WO3,CeO2和TiO_2等被用作催化剂载体.其中,TiO_2因具有稳定的化学性能以及与金属之间的"强相互作用"而备受研究者关注.但TiO_2载体比表面积小和导电能力弱等缺点限制了它在燃料电池中的应用.石墨烯具有卓越的导电性和比表面积,却容易发生团聚.利用TiO_2与碳材料间存在的协同作用,将TiO_2与石墨烯复合来制备复合载体,能够增强TiO_2的导电能力,抑制石墨烯的团聚,提高催化剂载体的化学稳定性和比表面积.本文采用微波辅助溶剂热法制备了石墨烯-TiO_2复合载体和Pt/石墨烯-TiO_2催化剂,研究了TiO_2含量对催化剂活性和稳定性的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的样品进行了微观结构和成分表征.结果表明,Pt/石墨烯-TiO_2催化剂中TiO_2为立方状纳米颗粒,粒径约为60 nm,均匀地分布在石墨烯上;Pt纳米粒子倾向于锚定在TiO_2与石墨烯之间,而且分布均匀.采用线性伏安扫描(LSV)和循环伏安法(CV)测试了不同TiO_2含量的Pt/石墨烯-TiO_2催化剂的活性和稳定性.发现TiO_2的加入确实能够提高催化剂的稳定性,随着TiO_2含量的提高,催化剂稳定性增加.当TiO_2含量为20%时,催化剂的起始电压与极限电流均与Pt/C催化剂接近.经过循环伏安扫描3000圈的快速老化测试后,Pt/石墨烯-TiO_2催化剂起始电压的负移明显低于Pt/C催化剂,呈现了优良的稳定性和催化活性     

层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能（英文）

室温下,在水溶液中将铵根离子和水分子插入到商用V_2O_5纳米颗粒的层间,制得了层状的钒青铜(NH_4)_2V_6O_(16)·H_2O]纳米片.该纳米片的尺寸为2～10μm,厚度为50～250 nm.与商用V_2O_5纳米颗粒相比,(NH_4)_2V_6O_(16)·H_2O纳米片用作锂离子电池(LIBs)的阳极材料时,其性能得到较大提升,包括大的可逆放电容量(0.1 A/g时为1148 mA·h/g)、出色的循环性能(循环70圈后在0.1 A/g时具有1002 mA·h/g的高容量)和高倍率性能(在0.1 A/g时具有1070 mA-h/g的可逆性能).研究结果表明,(NH_4)_2V_6O_(16)·H_2O纳米片可以作为锂离子电池优良的阳极材料,也有望应用于其它(如钠离子电池和锌离子电池等)可再充电电池.     

石墨烯/电气石/二氧化钛复合材料的制备及其光催化降解异丙醇性能（英文）

光催化是一种理想的应对全球能源短缺和环境污染问题的绿色化学技术,可以实现有机物降解、水分解和二氧化碳光还原等.光催化反应效率受诸多因素影响,其中光生载流子(电子和空穴)的分离和传输具有至关重要的作用.以往研究表明,构筑多元复合光催化材料体系有利于光生电子和空穴有效分离和传递,促进催化剂表面的还原和氧化反应,从而提高其光催化效率.基于以上考虑,我们提出了一种新型的石墨烯/电气石/TiO_2三元复合光催化材料体系,其中TiO_2因其价格低廉、无毒和抗光腐蚀等优点而被广泛用作光催化材料;石墨烯(G)拥有独特的二维结构、高的电子迁移率、大的比表面积,是一种优异的催化剂载体;电气石(T)的一个重要性质是表面存在自发极化的静电场,该静电场将会影响光激发载流子的分离、传递和光催化反应过程.利用水热法合成了不同成分的石墨烯/电气石/TiO_2三元复合材料体系.为了对比研究石墨烯表面电荷性质的影响,其中一组的石墨烯(氧化石墨)为直接采用改良的Hummers法所制备,其表面带负电;另一组的石墨烯经聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)修饰,使其表面带正电.X射线衍射结果显示,三元复合材料中TiO_2为锐钛矿相,其结晶性没有因为与石墨烯和电气石的复合而受到影响.扫描和透射电子显微分析表明,TiO_2的平均颗粒大小为15 nm左右,并且与石墨烯和电气石均匀复合.傅里叶变换红外光谱和zeta电位表征分析证实,PDDA可以有效地对石墨烯进行功能化改性,使其表面带正电.紫外-可见分光光谱显示,石墨烯/电气石/TiO_2三元复合材料与TiO_2的吸收带边一致,复合材料中石墨烯和电气石并没有改变TiO_2的光吸收特征.光催化降解异丙醇实验表明,石墨烯/电气石/TiO_2三元复合材料优于单纯的TiO_2、石墨烯/TiO_2以及电气石/TiO_2二元复合材料,当石墨烯和电气石的质量百分比分别为0.5%和5%时,三元复合材料降解异丙醇产生丙酮的速率达到最高(223μmol/h).特别值得指出的是,由表面带负电的石墨烯组成的复合材料比由带正电荷的PDDA-石墨烯组成的复合材料具有更高的光催化性能,原因如下:在水溶液中显示正zeta电位值的TiO_2与带负电的石墨烯/电气石复合物静电吸引而均匀紧密复合,有利于TiO 2中光生电子和空穴的快速分离和传递,从而使得石墨烯/电气石/TiO_2三元复合材料具有较高的光催化性能;而带正电的PDDA-石墨烯/电气石复合物和TiO_2颗粒相互排斥而不宜复合,导致PDDA-石墨烯基复合材料的光催化活性降低.机理研究揭示,在三元复合材料光催化降解异丙醇的反应中起主要作用的是光生电子和空穴.基于以上研究结果,我们提出了三元复合材料光催化降解异丙醇的反应机理.     

零价铁/无定形磷酸钙复合物的合成及其对CdTe量子点吸附性能（英文）

在氮气保护下利用共沉淀方法成功地合成了零价铁无定形磷酸钙复合物(Fe~0/ACP复合物),并采用XRD、EDAX和FTIR对产物进行了表征。同时通过SEM和TEM分析可知所合成材料的粒径为300 nm左右。磁滞回线表明在磁场中可以将该复合物从非磁性材料中分离出来。氮气吸附脱附曲线表明所合成材料具有吸附性能。此外所合成Fe~0/ACP复合物被用来吸附Cd Te量子点,并采用二级动力学方程对吸附过程进行了分析。吸附产物采用XRD、FTIR、荧光和磁滞回线进行了表征,结果表明该吸附产物不仅具有磁性,而且具有很好的荧光性质。     

整体式三氧化钨/氧化石墨烯气凝胶增强可见光光催化氧化NO性能（英文）

近年来,光催化技术在去除以NO为代表的诸多室内气体污染物方面展现出巨大的潜力.单质铋和铋系氧化物,非金属氧化物以及钙钛矿等众多半导体光催化材料均具有优异的NO降解效率,但很难控制氧化产物.因而会生成大量毒性更强的中间产物NO2造成二次污染.因此,寻求一种清洁、高效,且具有良好选择性的光催化材料成为了亟待解决的问题.六方相三氧化钨(h-WO_3)的价带位置较正,氧化电位较高,具有很强的氧化能力,是一种良好的氧化性光催化半导体材料.然而,WO_3催化材料多为粉末状,不仅容易团聚,难以回收利用并且会堵塞检测气路.同时,WO_3本身存在的电子-空穴复合率高,弱的可见光响应性等问题使其光催化活性较低.因而,制备具有良好可见光响应,高电子-空穴分离效率的一体化WO_3材料是其广泛应用前急需解决的问题.而石墨烯气凝胶是理想的催化剂载体,其较高的比表面积以及多孔状结构可有效地增加催化剂的暴露面积,提升催化剂利用率;更重要的是,氧化石墨烯(GO)具有极高的导电率,可作为电子受体加速电子-空穴对的分离而提升光催化活性.因此,以GO作为基体材料,构建WO_3/GO气凝胶一体化材料有良好的应用前景.然而,现在还鲜见有关宏观WO_3/GO气凝胶光催化降解NO的报道.本文以偏钨酸铵为钨源,利用体积分数为25%的冰醋酸在180ⅹC条件下制备六方相三氧化钨.通过机械搅拌以及冷冻干燥法制备WO_3/GO气凝胶.经光催化氧化NO测试发现其可见光下降解率可达51%,是WO_3粉体的3.3倍,并且NO_2生成率仅为0.5%,远远低于其他相关光催化材料.采用了X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-漫反射分光光度计(UV-DRS),傅里叶红外光谱(FTIR)和荧光光谱(PL)等手段研究了其光催化性能提高的原因.XRD测试显示,复合材料主体为h-WO_3,说明GO的引入并未破坏材料晶体结构;TEM和BET测试发现,在加入GO之后h-WO_3分散性变好,比表面积变大,从而可暴露更多的光催化活性位点.UV-DRS吸收光谱可以看到WO_3/GO气凝胶材料的吸收边发生了显著的红移,其禁带宽度从3.44 eV减小到3.16 eV,这可能是GO影响了WO_3的能带结构所致.同时PL结果表明,引入了GO之后,气凝胶材料的非辐射跃迁程度明显减小表明其电子-空穴对的复合得到了显著抑制,电子迁移显著加强.综合以上结果,可以得到WO_3/GO光催化性能提升以及良好的产物选择性的原因.首先,三维气凝胶材料的结构提升了催化剂的有效利用率,较大的比表面积暴露了更多的活性位点.其次,GO的引入减小了复合材料的禁带宽度,并使其吸光性能有所改善,产生了更多的光生电子和空穴.最后,GO本身极高的导电性,使光生电子-空穴对得以有效的分离,一方面,电子通过GO迅速转移到材料表面来参与光催化反应;另一方面,电子的快速转移抑制了电子-空穴对的复合,进而提高光催化性能,而且较正的价带位置保证了NO较为彻底的氧化为NO3–.因此,相比传统粉末WO_3催化材料,一体化的WO_3/GO气凝胶不仅显著提升了NO降解率,同时严格抑制了毒副产物NO2的生成,同时更具有容易回收利用,不存在二次污染的优点.综上所述,WO_3/GO一体化气凝胶光催化材料有望在环境净化与能源领域表现出良好的应用前景.