氮掺杂蓝色荧光碳点探针测定替加环素

构建基于N-CDs为荧光探针的简便、有效且灵敏度高的替加环素(TIGE)荧光检测体系,用于注射用TIGE和人血浆样品中TIGE的定量分析。以一水柠檬酸和L-谷胱甘肽为原料,采用熔融法合成了一种氮掺杂的蓝色荧光碳点(N-CDs),并对其结构和性能进行了详细表征。以N-CDs为荧光探针,进一步探讨N-CDs与TIGE的相互作用和猝灭机制。并用于注射用替加环素和人血浆样品中TIGE的定量分析。当TIGE浓度在0.1~25μg·mL^(-1)范围内时,体系的荧光猝灭效率(F0-F)/F0与替加环素浓度(CTIGE)之间呈良好的线性关系,线性拟合方程为y=0.01923 CTIGE+0.07893,R^(2)=0.993。根据3σ/S计算得出本方法检测TIGE的检测限为0.092μg·mL^(-1)(n=13)。

氮掺杂荧光碳点的制备及其对MnO_(4)^(-)的检测

以抗坏血酸和乙二胺为原料,采用一步水热法制备了氮掺杂荧光碳点(N-CDs).利用透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光光谱对N-CDs进行了表征,并研究了N-CDs对MnO_(4)^(-)的响应机制.结果表明,N-CDs平均粒径为6.41 nm,分散性良好、无明显团聚,荧光量子产率约为15%.N-CDs对MnO_(4)^(-)有较高的选择性和灵敏度,其荧光猝灭程度与MnO_(4)^(-)摩尔浓度(0~60μmol/L)之间呈良好的线性关系,对MnO_(4)^(-)的检出限为0.055μmol/L,MnO_(4)^(-)对N-CDs的荧光猝灭机制为动态猝灭.N-CDs可用作荧光传感器,为水中MnO_(4)^(-)的检测提供一种灵敏的新方法.

钢渣/氮掺杂改性活性炭催化过硫酸盐降解罗丹明B

以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO_(4)^(·-)和·OH)和非自由基途径(^(1)O_(2))共同参与反应的氧化过程。

氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。

壳聚糖基氮掺杂活性炭的制备及其性能

为了制备高氮含量的氮掺杂活性炭(N-AC),以壳聚糖为原料、KOH为活化剂,采用碱活化法原位制备氮掺杂活性炭。通过比表面积分析(BET)、X-射线衍射仪(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征氮掺杂活性炭的结构及组分,并分析氮掺杂活性炭的电化学性能,研究碱炭比及炭化温度对氮掺杂活性炭物理性能和电化学性能的影响。结果表明:氮掺杂活性炭的石墨化程度随碱炭比的增加而降低,随炭化温度的增加而增加;氮掺杂活性炭的比表面积随着碱炭比的增加而增加,随炭化温度增加先增大后减小,而含氮质量分数随之减小;氮掺杂活性炭的最佳制备条件为碱炭比0.5∶1,炭化温度700℃,此时氮掺杂活性炭N-AC-0.5-700的比表面积为798 m2/g,总氮质量分数为3.52%,并含有较高比例的无序碳含量,其电极具有最佳的电化学活性、最小的电子传输阻力及最佳的氧还原性能,相比普通椰壳活性炭电极的电化学及氧还原性能均有较大提升。

氮掺杂碳纳米线负载MnO纳米粒子作为水系锌离子电池正极的性能研究

水系锌离子电池(AZIBs)因锌的氧化还原电位低、能量密度高而有巨大的应用前景,其中储存Zn^(2+)的宿主正极决定了电池的放电性能和循环稳定性。以含有3个羧基的次氮基三乙酸(Nitrilotriacetic acid,NTA)为配体,通过简单的调整Mn^(2+):NTA的比例,制备了3种一维纳米线结构聚合物,并经煅烧处理中得到了3种氮掺杂碳纳米线负载不同粒径MnO材料MnO/NC-x。其中Mn^(2+)∶NTA比例为0.5时制备的MnO/NC-0.5中MnO粒径最小,且均匀的分散于纳米线表面。该材料作为AZIBs正极展现了卓越的离子扩散性和导电性等动力学特征。在2 A/g的高电流密度下该材料显示出158 mAh/g的倍率性能,并在1 A/g的条件下经历1000个循环后仍有96%的容量保持率,表现出卓越的循环稳定性。

氮掺杂碳包覆负极材料的研究进展

传统的沥青碳包覆石墨负极材料已经无法满足市场对锂离子电池在能量密度、充电、安全性等方面提出的更高要求,而氮元素掺杂可以调控碳包覆层的界面结构,提升负极材料的电化学性能,受到广泛关注和研究,且氮掺杂碳包覆是在当前的负极材料产业链条件下最具潜力和最容易实现产业化的改性方式之一。因此,本文从氮掺杂碳的结构特征及氮掺杂碳包覆负极材料两方面进行了综述,并对氮掺杂碳包覆的未来进行了展望,以期为其产业化发展提供参考。

反应性硬模板制备多孔氮掺杂碳的电化学性能

以葡萄糖(G)、尿素(U)、碱式碳酸盐和碳酸钾(PC)分别为碳前驱体、氮掺杂剂、反应性硬模板和活化剂,采用模板碳化-化学活化法合成了层级多孔氮掺杂碳材料。研究了各前驱体质量比、硬模板类型对其结构进而对其用作超级电容器电极性能的影响。结果表明:在800℃裂解温度下,G、U、碱式碳酸锌(BZC)和PC的质量比为2∶1∶2∶2时,制备的多孔氮掺杂碳(G/U-BZC-PC)呈现出珊瑚状、多级孔(微-介),具有大的比表面积(3000 m^(2)/g)、较高的石墨化程度以及低的电荷转移电阻;在1 A/g电流密度下,其扣式电池(6 mol/L KOH)的比电容为301.9 F/g,且具有较好的倍率性能,增大至10 A/g时,其电容保持率为89.4%;另外,在10000次充放电循环后,其电容保持率为98.1%。

氮掺杂碳阳极电化学处理水中难降解有机污染物研究进展

电化学氧化处理难降解有机污染物具有快速、高效等优点,具有良好应用前景。近年来,氮掺杂碳材料因其特殊结构被广泛用于电化学水处理领域。列举了常见的氮掺杂碳阳极材料,比较了各种氮掺杂碳修饰阳极降解水中污染物的效能,简要梳理了氮掺杂碳对电极性能作用影响的机理,并对该类阳极在电催化降解水中污染物进行了展望。

氮掺杂二硫化钼纳米催化剂的电催化析氢性能

以钼酸钠为钼源,L-半胱氨酸为硫源和还原剂,双氰胺为氮源,采用水热法合成了一系列氮掺杂二硫化钼纳米催化剂(N-MoS_(2))。通过XRD、SEM、XPS、Raman等手段表征了不同N掺杂量的N-MoS_(2)催化剂的形貌、元素分布、晶体结构和电子性质。表征结果表明,合成的N-MoS_(2)催化剂均为纳米片层组成的花球,N原子均匀掺杂进了MoS_(2)晶格中。N掺杂使得N原子周围的Mo和S原子的电子密度增加,生成更多具有催化活性的不饱和配位点。采用电化学工作站在酸性介质中测试了催化剂的线性扫描伏安曲线和塔菲尔斜率,评价了N-MoS_(2)纳米催化剂的电催化析氢(HER)性能。结果表明,MoS_(2)催化剂和N-MoS_(2)催化剂上的析氢反应均通过Volmer-Heyrovsky路径进行。MoS_(2)催化剂上析氢反应速控步骤为Volmer反应,N-MoS_(2)催化剂上析氢反应的速控步骤为Heyrovsky反应。与MoS_(2)催化剂相比,N-MoS_(2)催化剂的塔菲尔斜率较低,析氢反应速率较快,显示出更好的电催化析氢性能。尤其当N与Mo的原子为0.1时(N/Mo=0.1),制备的N-MoS_(2)-0.1催化剂表现出最好的电催化析氢性能,其塔菲尔斜率为60mV/dec。N-MoS_(2)催化剂的电催化活性提高可归结为不饱和配位点暴露量的增加和富电子的Mo对Mo-H*的弱化。

氮掺杂碳量子点荧光法检测猪肉中的四环素

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧光N-CQDs。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱对N-CQDs进行结构表征。结果表明,N-CQDs的平均粒径为3.53 nm,主要由C、N、O 3种元素组成,表面具有含氧和含氮基团。主要猝灭机理为静态猝灭和内滤效应。在最优试验条件下,该方法在0.3~40μg/mL范围线性良好,检出限为89.26μg/L。该检测方法被用于猪肉中四环素的检测,回收率在98.40%~106.02%之间,相对标准偏差1.29%~3.88%。

基于量子化学计算优化的氮掺杂碳量子点缓蚀剂制备及其缓蚀性能

[目的]氮掺杂碳量子点(N-CQDs)作为一种绿色高效的新型缓蚀剂,在腐蚀控制领域具有巨大的应用潜力。但由于其结构无法精确调控,很难对制备N-CQDs的众多前驱体进行筛选。[方法]依据密度泛函理论(DFT),通过Fukui指数计算各前驱体分子的优先反应活性位点,确定前驱体分子间一步脱水缩合反应产物的分子结构,并进行全局参量和局部参量的计算,分析了采用柠檬酸分别与乙二胺、尿素和氨基胍盐酸盐作为前驱体所合成的3种N-CQDs的缓蚀性能,再通过称重法对水热法合成的3种N-CQDs的缓蚀性能进行验证,优选出缓蚀性能最佳的缓蚀剂。采用紫外可见吸收光谱、荧光光谱和高分辨率场发射透射电镜表征优选缓蚀剂的荧光性能和表面形貌,并以电化学方法和表面分析方法研究此缓蚀剂对Q235碳钢在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀机理。[结果]以柠檬酸和氨基胍盐酸盐为前驱体制备的N-CQDs-3缓蚀性能最佳,且试验结果和理论计算结果一致。N-CQDs-3在紫外激发光下显示蓝绿光,平均粒径为(2.5±0.8)nm。该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,主要通过物理和化学吸附同时抑制金属在酸溶液中腐蚀反应的发生,其对Q235碳钢在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀效率最高可达95.3%。[结论]通过量子化学计算方法对制备N-CQDs所用的前驱体进行筛选,提前预测其缓蚀性能,可提高试验效率。

氮掺杂生物炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能研究

采用生物质枸杞杆为原料、KHCO_(3)为活化剂、尿素为氮源,制备枸杞杆氮掺杂生物炭。利用氮气吸附-脱附仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析所制生物炭的形貌、结构和表面官能团等特性,并探析其对水中亚甲基蓝(MB)的吸附行为。结果表明,KHCO_(3)活化枸杞杆的最佳条件:m(枸杞杆炭化料)∶m(KHCO_(3))=1∶2、活化温度为800℃、活化时间为1 h。在枸杞杆生物炭(LBC)表面掺杂尿素的最佳条件:LBC与尿素的负载比为1∶4(质量比),800℃下煅烧1 h,得到氮掺杂生物炭(LBC-N)。LBC和LBC-N的比表面积分别为940.29 m^(2)/g和1169.78 m^(2)/g,总孔体积分别为0.57 cm^(3)/g和0.72 cm^(3)/g,平均孔径分别为5.81 nm和3.20 nm,均是以介孔为主的生物质活性炭材料。在相应实验条件下,LBC和LBC-N对MB的吸附量分别为542.02 mg/g和639.20 mg/g。准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir等温模型能很好地描述LBC和LBC-N对MB的吸附过程。根据氮掺杂生物炭的理化性质和吸附实验,LBC-N对MB分子的吸附过程是以π-π相互作用、氢键作用、静电吸引作用等化学作用为主,孔隙填充物理吸附协同作用的结果。

富氮多孔碳纳米片的氮掺杂构型调控及其储锌性能

基于多孔碳正极和锌金属负极构建的水性锌离子电容器(ZICs)具有成本低、环境友好、安全性高和长期耐用等优点,近年来受到广泛关注。本文以具有共价有机框架结构(COF)的富氮聚合物为碳源前体,通过简单的炭化自活化策略,合成了富氮多孔碳纳米片(NPCN-x)。研究表明,基于聚合物前体丰富的COF结构特点,炭化温度对所制备碳材料的氮含量和氮掺杂构型有显著影响,且碳材料表面的吡咯氮含量与其储锌性能呈现高度线性相关。优化后的NPCN-800其吡咯氮原子分数高达2.15%,作为ZICs的正极材料,在0.5A/g的电流密度下,展现出158mAh/g的高比容量和优异的循环稳定性。结合密度泛函理论计算发现,碳材料表面的吡咯氮构型具有优异的电化学活性,能够显著增强Zn离子的化学吸脱附过程。该研究为高性能ZICs用碳基电极材料的设计构建提供了新思路。

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3000 m^(2)·g^(-1))的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1114 m^(2)·g^(-1),而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3033 m^(2)·g^(-1)。在以6.0mol·L^(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^(-1)时,KNC-800的比电容为405 F·g^(-1),而KC-800的比电容仅为248 F·g^(-1)。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^(-1)时经过10000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。

氮掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点荧光探针用于α-葡萄糖苷酶活性检测

α-葡萄糖苷酶是生物体糖代谢途径中不可或缺的一类酶,发展简单、灵敏、准确的α-葡萄糖苷酶活性检测及抑制剂筛选方法对于糖尿病的治疗与预防具有重要意义。该文基于氮掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点(NTi_(3)C_(2)MQDs)荧光探针和内滤效应(IFE),构建了一种“开-关-开”型荧光传感α-葡萄糖苷酶活性检测及抑制剂筛选的新方法。研究发现,N-Ti_(3)C_(2)MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%。其检测机理为:α-葡萄糖苷酶水解底物对硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷,水解产物对硝基苯酚通过内滤效应导致NTi_(3)C_(2)MQDs荧光猝灭;而抑制剂阿卡波糖可使α-葡萄糖苷酶的活性受到抑制,水解产物减少,N-Ti_(3)C_(2)MQDs荧光恢复。结果显示,N-Ti3C2 MQDs探针荧光强度与α-葡萄糖苷酶浓度在5~300 U/L范围内呈良好线性关系,检出限为2.5 U/L(S/N=3),对阿卡波糖的半最大抑制浓度(IC_(50))为178.5μmol/L。该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高、选择性好等特点,已成功用于人血清中α-葡萄糖苷酶活性的测定。

氮掺杂木质素基碳量子点在次氯酸根离子检测中的应用

采用三聚氰胺提供氮源,对碳量子点(CQDs)进行氮掺杂,利用一步水热法制备氮掺杂木质素基碳量子点(N-CQDs)。通过氮掺杂形成共轭体系并引入氨基,达到提高其荧光强度的目的。对N-CQDs进行表征和测试,结果表明N-CQDs的平均粒径为2.7 nm,由许多官能团构成,如氨基、羟基、羧基、醚键、碳氮单键、碳氮双键、以及苯环结构等。其最佳激发、发射波长分别为400 nm、500 nm,紫外可见光谱中位于260 nm处的吸收峰是酶解木质素的C=O键与苯环结构的π-π*共轭吸收峰和来自三聚氰胺C=N键的π-π*共轭吸收峰,在315 nm处的吸收峰归因于酶解木质素C=O键或苯环的n-π*跃迁,以及三聚氰胺的C-N键和C=N键的n-π*跃迁。将N-CQDs应用于离子检测,其对次氯酸根(ClO^(-))有猝灭作用,对ClO^(-)具有特异性检测,检测限为1.21μmol/L。N-CQDs可以成功进入活细胞,对活体细胞无害,并能观察到细胞质中的亮绿色荧光。N-CQDs具有良好的次氯酸根离子检测效果和荧光效应,且对细胞无毒性,在离子检测和医疗方面具有一定的应用前景。

玉米芯基氮掺杂多孔炭的制备及其电化学性能研究

以农业废弃物玉米芯为炭前驱体、氢氧化钾为活化剂,通过氮掺杂结合预炭化和化学活化法制备了氮掺杂分级多孔炭。结果表明,三聚氰胺与预炭化生物炭的质量比为1∶1、活化温度为800℃时制备的多孔炭材料具有最大的比表面积(3639 m^(2)/g)和孔容(1.96 cm^(3)/g)。与其他氮源相比,三聚氰胺有利于炭材料中氮原子的均匀掺杂和分级孔结构的形成。该电极材料在三电极体系中0.5 A/g时获得了342 F/g的高比电容,在10 A/g下比电容仍达到303 F/g。两电极体系中,该材料在500 W/kg时能量密度为32.3 Wh/kg;该器件在10 A/g下进行10000次充放电后电容保持率为82.2%。

构建共价三嗪框架/氮掺杂碳包覆氧化亚铜S型异质结促进光催化制氢

开发用于制氢的高效光催化剂在可持续能源研究中至关重要。本研究设计并制备了一种具有S型异质结结构的共价三嗪框架(CTF)-Cu_(2)O@NC复合材料,旨在提高光催化制氢的效率。由于氮掺杂碳(NC)层和S型异质结的协同效应,复合物的光吸收能力、电子-空穴分离效率和产氢活性显著增强。该系统的结构和光电化学表征表明,S型异质结不仅提高了光生载流子的分离效率,而且还保持了很强的氧化还原能力,从而进一步促进了光催化反应。此外,NC层可以同时减少Cu_(2)O的光腐蚀并促进电子转移。实验结果表明,CTF-7%Cu_(2)O@NC复合材料在可见光照射下表现出优异的制氢性能,达到15645μmol·g^(-1)·h^(-1),大大超过了纯CTF的光催化活性(2673μmol·g^(-1)·h^(-1))。这项研究为开发高效、创新的光催化材料提供了一种新方法,有力地支持了可持续氢能源的发展。

氮掺杂淀粉基硬碳负极材料制备及其储钠性能研究

钠离子电池(sodium-ion batteries,SIBs)作为未来极具竞争力的大型储能装置之一,由于没有合适的负极材料,其商业化应用受到严重阻碍,因此,开发新型高性能SIBs负极材料是目前亟待解决的问题之一。硬碳材料由于来源丰富和成本低廉受到广泛关注,使用马铃薯淀粉为前驱体,采用不同的氮源对马铃薯淀粉进行掺杂改性,从而制备出氮掺杂硬碳材料。测试结果表明氮掺杂硬碳材料相比于未掺杂改性材料,其电化学性能显著提高。以二氰二胺为氮源掺杂的硬碳材料在0.1 A/g的电流密度下循环100圈后,仍能保持220.47 mA·h/g的可逆比容量,以尿素为氮源的硬碳材料能保持233.36 mA·h/g可逆比容量。结果表明,氮元素的掺杂可以有效地提升硬碳材料的离子电导率、增加硬碳材料的可逆比容量,从而整体提升硬碳材料的电化学性能。