长波长发射碳点合成、调控及应用研究进展

近年来,随着碳点在合成路线、反应机理、光学性质等方面的发展,大量的工作聚焦于红光或近红外光等长波长发射的碳点。长波长是指发射范围在600~1800 nm的红色或近红外光谱区,相比短波长碳点,其具有深组织穿透、较小自荧光、长荧光寿命以及光损伤小等特点,能够进一步应用在生物医学治疗、光电子以及光学器件制备等领域。因此,深入探究长波长发射碳点的设计和合成对于其发展和广泛应用具有重要意义。本文综述了近年来长波长发射碳点的研究进展,从碳源选择和光学性质调控两个方面介绍了长波长发射碳点的设计与制备。选择氨基较多的脂肪族化合物和具有共轭结构的芳香化合物,以及通过调控有效共轭长度、表面修饰和杂原子掺杂等方法来调控其光学性质。最后,阐述了长波长碳点在生物医学、LED光学器件和加密防伪等一些领域的最新研究和未来的挑战。

化学和电化学方法合成苯/胺封端苯胺四聚体

利用改进了的 Mac Diarmid氧化偶联方法合成了苯 /胺封端的苯胺四聚体 .通过对循环伏安曲线的分析 ,给出二聚体经由电化学氧化 -化学偶联成为四聚体的机理 .

苯胺低聚体的合成与表征

苯胺低聚体从结构上可分为三种类型 ,即苯 /胺、双胺和双苯封端的苯胺低聚体。本文从这三种结构出发综述了近几年来苯胺低聚体的合成与光谱表征。

荧光碳点的制备、发光机理及应用

碳点合成原料来源广泛,发光性能可调,生物相容性良好,在生物成像、离子检测、发光材料等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了碳点的制备方法、发光原理以及应用,重点介绍了碳点的制备方法,总结了近年来碳点在催化、生物成像等领域的最新进展;指出未来研究中需要进一步对碳点的合成进行优化,深入探究碳点的发光机理;制备发光波长可调、尺寸可调的碳点,对其在发光器件、生物成像、传感等领域的应用具有重要意义。

烷基取代聚噻吩的非等温结晶动力学

根据ＤＳＣ测得的数值，采用Ｊｅｚｉｏｒｎｙ ，Вороховский和由作者实验室提出的一种新方法研究了十二烷基取代聚噻吩（Ｐ３ＤＤＴ） 和十八烷基取代聚噻吩（Ｐ３ＯＤＴ） 的非等温结晶过程，并应用Ｋｉｓｓｉｎｇｅｒ 法求取其结晶表观活化能ΔＥ，探讨了不同烷基取代基团对结晶过程的影响．Ｐ３ＤＤＴ 应用Ｊｅｚｉｏｒｎｙ 和Вороховский法描述时在结晶后期均发生偏离现象，而作者提出的新方法描述时则得到较好的线性关系．求得Ｐ３ＤＤＴ 的ΔＥ 为１８４－７９ｋＪ／ｍｏｌ，Ｐ３ＯＤＴ 的ΔＥ 为２４６－９３ｋＪ／ｍｏｌ，比较结晶表观活化能数值可知，Ｐ３ＤＤＴ 比Ｐ３ＯＤＴ 更易结晶．

荧光碳点在脊椎类模式动物斑马鱼中的活体成像与毒理学研究

将荧光碳点引入透明斑马鱼胚胎中,研究了荧光碳点在斑马鱼中的活体成像和对斑马鱼的毒副作用。通过对水中添加荧光碳纳米颗粒,从形态上观察其对于斑马鱼个体发育的生物学效应,实时观察其在斑马鱼体内富集代谢的情况,为荧光碳点及其复合物在生物活体成像方面的研究应用奠定基础。结果表明,荧光碳点对斑马鱼生长发育无明显的毒副作用,不会导致胚胎发育异常(通过观察尾巴弯曲情况、色素深浅、血管发育速度、鱼鳔发育速度来确定对胚胎发育的影响),并且对斑马鱼无明显致死现象。荧光碳点进入斑马鱼体内的时间非常迅速,并且可以在48 h之内经代谢排出体外。

红光/近红外发射碳点制备、光学调控与应用

红光/近红外发射碳点(简称R/NIR-CDs)具有生物相容性好、空间分辨率高等优势,受到了研究者们的广泛关注。但目前报道的红光碳点往往存在荧光量子效率低、半峰宽较宽且具有激发波长依赖的缺陷,限制了其在生物医学领域的应用。因此,合成制备高荧光量子产率(PLQY)、半峰宽窄且激发非依赖的红光/近红外发射碳点具有十分重要的意义。本文首先阐述了近年来几种具有代表性的典型前驱体及其合成碳点,总结了尺寸效应、杂原子掺杂、表面态等高效的碳点光学调控理论,并简要介绍了红光/近红外发射碳点在生物成像、疾病治疗及白光发光二极管中的应用现状。最后,针对红光/近红外发射碳点的发光机理、制备方法中面临的问题与挑战进行了展望。

高分散超薄二硫化钼/硫、氮共掺碳复合材料的电催化析氢性能（英文）

氢气是一种清洁可再生能源,有望在未来替代化石燃料成为最主要的能源物质.电催化析氢技术是最有效的产氢途径之一.目前,电催化析氢催化剂主要是贵金属铂,由于其昂贵的价格限制了它的大规模应用.所以在不减少催化剂活性的前提下尽量减少贵金属的使用或者寻找替代物质,降低成本是工业化大规模使用析氢反应(HER)催化剂的前提.二硫化钼基催化剂因其价格低廉、资源丰富且具有优异的催化析氢性能而引起研究者的广泛关注.实验和理论研究都证明了二硫化钼的催化性能和其催化活性位点有关.所以,开发一种具有丰富的活性位点、良好的导电性的二硫化钼基催化剂可以获得高的产氢性能和良好的稳定性.因此,对于提高MoS_2的电催化析氢性能的研究主要集中于增加MoS_2暴露活性位点的个数和导电性.然而,二硫化钼层与层之间的相互作用可能导致其发生聚集,较低的导电率都有可能降低它的电催化活性.我们通过水热的方法直接制备出了固体的硫、氮共掺杂的、具有石墨化结构的碳复合材料(SNC).将钼酸钠加入到反应中后,多钼酸盐通过化学交互作用均匀地嵌入、分散到SNC中.经高温处理后,SNC放出S^(2-),多钼酸盐结合S^(2-)生成二硫化钼.SNC有效地防止了二硫化钼聚集成大的颗粒.我们成功地制备出具有较好析氢性能的、高度分散于SNC中的二硫化钼纳米片.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对材料进行了表征,通过电催化析氢、电化学阻抗以及稳定性测试等手段研究了其电催化性能.由MoS_2/SNC-900-12h的TEM图片可以看出,二硫化钼纳米片高度分散于碳复合材料中,且层数只有一到几层,暴露出了更多的催化活性位点.拉曼光谱图的D带(1341 cm^(-1))和G带(1584 cm^(-1))体现出了材料具有较好的石墨化结构,提高了材料的导电性.XPS C 1s谱图中存在C–S和C–N键,S 2p谱图中存在C–S–C、C=S和C–SO_x–C键,N 1s谱图中存在吡啶氮和石墨氮,结合元素分析,说明该碳材料确为硫氮共掺杂的碳;Mo谱测试显示出Mo 3_(d5/2)(229.4 eV)和Mo 3_(d3/2)(232.6 eV),证明了二硫化钼成功地嵌入到了碳材料中.电化学性能表征显示MoS_2/SNC-900-12h在H_2SO_4溶液(0.5 mol/L)中展现出较低的起始电位(115 mV)以及低的过电位(237 mV).电化学阻抗测试显示在H_2SO_4溶液(0.5 mol/L)中过电位为-0.2 V(vs.RHE)时Rct只有124W.此外,在-0.3–0 V(vs.RHE)下,经5000圈稳定性测试后性能只有约2.6%(10 m A/cm^2)的衰减,说明MoS_2/SNC-900-12h同样具有优异的电化学稳定性.

无模板法可控合成多层次结构二氧化钛微球

以1,4-二氧六环为溶剂,采用溶剂热法成功实现无模板法可控合成二氧化钛多层次结构微球。通过系统改变反应体系中浓盐酸与四异丙醇钛(TTIP)相对物质的量比能够有效调控二氧化钛形貌。当浓盐酸与TTIP物质的量比控制在0(或0.7或0.9)、1.8、3.6与5.7时,所得产物分别为纳米颗粒构建二氧化钛微球、纳米棒修饰二氧化钛微球、纳米棒花菜结构以及纳米棒海胆结构。在成功进行形貌调控的基础上,进一步探讨了二氧化钛多种结构的形成机理,并对其光催化产氢性能进行了表征。研究发现,在这4种结构中,纳米棒修饰二氧化钛微球具有最佳的光催化性能,这可能是由于同时存在金红石和锐钛矿两种晶型而形成异质结结构所导致。

CdS超薄片层包覆TiO_2中空结构复合材料的形成和应用

本实验以钛酸四丁酯为钛源,醋酸镉为镉源,利用静电纺丝的方法制备了直径~250nm的电纺丝纳米纤维。通过高温煅烧和硫化钠溶液进行水热处理,得到CdS超薄片层包覆TiO2中空结构的纳米纤维。推测该复合结构形貌的形成过程为：在Ti/Cd（摩尔比）为1∶1和2∶1时,由于CdO的含量较高,反应过程中CdO溶解,并与反应溶液中的S2-形成CdS超薄片层生长在纤维的外表面,剩余的TiO2纳米粒子聚集形成中空的纳米管状结构;而Ti/Cd（摩尔比）为4∶1和8∶1时,由于溶解的CdO较少不足以形成TiO2纳米管,同时,生成的CdS也不足以完全包覆TiO2纳米纤维形成非管状结构。当Ti/Cd为1∶1时,TiO2@CdS复合材料具有最好的产氢活性。在300 W氙灯光照条件下和加UVCUT-420nm滤光片下,50mg催化剂产氢速率分别为19.7μmol/h和3.4μmol/h,这主要是由于所得到的复合结构中TiO2为非晶材料。进一步在惰性气氛下煅烧,也很难将TiO2晶化。

基于聚苯胺/二氧化钛/天然纤维素的污水自清洁太阳能水蒸发装置

水体污染是当前造成淡水短缺的主要原因之一.利用太阳能水蒸发装置从海水或污水中生产淡水是一种简单有效且节能的解决淡水危机的方式,引起了广泛的关注.然而,污染物的共同蒸发或沉积可能会降低水蒸发过程中的效率和淡水质量.本文基于天然木质纤维素(NCF)、聚苯胺(PANI)和二氧化钛(TiO_(2))开发了自清洁太阳能水蒸发器,其具有宽吸收、亲水性强、导热系数低等优点.通过在聚合物溶液中加入木质纤维素,聚苯胺纳米纤维在NCF表面聚合形成介孔网络.P25 TiO_(2)纳米颗粒作为光催化剂分散到上述反应液中,通过简单的过滤形成PANI/TiO_(2)/NCF复合材料.由于太阳水蒸发器装置中PANI的光热效应与TiO_(2)纳米颗粒的光催化降解的协同作用,水蒸发速率可达2.36 kg m^(-2)h^(-1)(1个太阳光照射下),且可有效降解污染物(100 ppm四环素).更重要的是,在工作10 h后,该太阳能水蒸发器装置仍然保持稳定的水蒸发速率,且没有污染物的积聚.光催化和光热效应相结合的双功能太阳能水蒸发装置在有机污染物水中具有自清洁作用,具有很大的应用潜力.

研发双层结构的碳基水凝胶材料提高太阳能水蒸发效率

太阳能水蒸发对于解决净水危机潜力无限.随着研究的深入,研发高效光热转换材料和合理的材料结构设计均可以提高光热蒸发速率.因此,我们设计合成了一种双层碳基水凝胶复合材料.在一个太阳光照条件下,其最大蒸发速率可达2.19 kg m^(−2)h^(−1),光热转换效率可达93.7%.同时,该复合材料展现了优异的海水淡化性能及良好的稳定性,扩展了实际应用范围.除此之外,其可控规模化及便携性可以自如面对多种复杂的应用环境,成本低廉可以使其大规模应用于经济落后地区,为复合结构水凝胶蒸发器的生产提供了可供参考的设计思路和策略.

具有优越电催化析氢性能的超小碳负载FeRu合金

电化学水分解是将可再生能源产生的间歇性电能转化为高纯度氢气的一种极具前景的绿色能源技术.目前,高效制氢催化剂主要由贵金属及其化合物组成,而贵金属的高成本及稀缺性,限制了其在大规模工业化制氢中的应用.因此,探索低成本,高电化学活性、高稳定性的电解水制氢催化剂至关重要.合金化材料以短程或长程有序结构存在,具有增强的电化学性能.因此,本文采用两步法制备超小碳负载FeRu合金纳米电催化剂并将其应用于电催化析氢反应.Fe_(0.05)Ru_(0.05)/XC-72双功能电催化剂粒径为2.1 nm,在碱性淡水和海水电解质中表现出优异的活性和耐久性.10 mA cm^(-2)时,在1 mol L^(-1)KOH、1 mol L^(-1)KOH+0.5 mol L^(-1)NaCl和1 mol L^(-1)KOH+海水中分别表现出13、15和18 mV的过电位.在1 mol L^(-1)KOH介质和-0.07 V(相比于可逆氢电极)条件下,Fe_(0.05)Ru_(0.05)/XC-72的析氢质量活性高达11.32Amg^(-1)_(noble metal).在1 mol L^(-1)KOH中,Fe_(0.05)Ru_(0.05)/XC-72电催化剂具有24 h以上的长期析氢反应(HER)稳定性.理论计算表明,引入Fe形成的FeRu合金可以诱导电子效应,使其对*H的吸附能力增强,进一步提高了HER性能.本工作对制备高电活性、高稳定性的钌基电催化剂具有重要的启发意义.

构建高效可见光区分解水制氢的Z型CdS/Cd/掺杂TiO_2光催化体系（英文）

构建Z型光催化体系是提高光生电荷分离效率和光催化活性的一种有效途径.本文通过溶胶凝胶方法制备了Cd掺杂的TiO_2纳米颗粒,并通过一步NaBH_4固相热还原的方式在材料表面可控地引入氧空位(V_O),同时掺入的Cd^(2+)可被还原为金属Cd^0纳米粒子(即R-Cd:TiO_2).进一步将获得的R-Cd:TiO_2材料与硫脲热水反应,材料表面的V_O可被S^(2-)替代,同时部分金属Cd^0硫化,从而获得CdS/Cd/d-TiO_2 Z型光催化复合材料.研究结果表明该Z型光催化复合材料具有优异的模拟太阳光及可见光区光催化活性和稳定性.通过实验分析证明构建这种全固态金属-无机半导体Z型光催化复合材料,金属介质层显著促进了光生电荷的分离与迁移;此外,由于CdS和d-TiO_2在可见光区的光吸收作用,该CdS/Cd/d-TiO_2 Z型光催化复合材料在可见光区的光催化活性获得了显著增强.

黑磷敏化的金/氮化碳异质结全光谱废水产氢性能研究

光催化废水产氢技术是缓解日益严峻的能源和环境危机的有效方法.然而,由于载流子复合率较高、太阳光利用率较低,目前光催化活性仍然难以满足工业发展的需要.基于以上问题,本文设计了具有全谱太阳光响应的黑磷敏化的金/氮化碳(BP/Au/CN)异质结光催化剂,该三元异质结可以在实现降解双酚A的同时,将水分解为氢气,其光催化产氢活性可达到195.8μmol h^(−1)g^(−1).此外,在紫外-可见光照射下,BP/Au/CN的光催化产氢活性可以达到1400.8μmol h^(−1)g^(−1),是CN或BP/CN样品的近70倍,Au/CN异质结的2倍.光催化活性的提高表明异质结中三种元素具有良好的协同作用.本文将一系列实验表征与理论计算相结合,对BP/Au/CN的光催化机理进行了系统研究.结果表明,黑磷的全谱太阳光吸收能力、金的电子传输介质作用以及三种材料匹配的功函数是其光催化活性提高的关键因素.此外,通过金和黑磷的欧姆接触以及Au/CN杂化体系中肖特基异质结的构筑,实现了电子从黑磷到金,再到氮化碳的单向转移,从而提高了载流子的传输性能.