还原氧化石墨烯／Mn3O4纳米复合材料的合成及其在超级电容器中的应用

以改进的Hummers法所制氧化石墨烯/硫酸锰(GO/MnSO4)悬浊液为原料,原位合成GO/MnO2复合物,再经低温热处理制备还原氧化石墨烯/Mn3O4(rGO/Mn3O4)纳米复合材料。通过改变GO/MnSO4悬浊液中MnSO4的质量含量实现rGO/Mn3O4复合物中Mn3O4质量分数的可控调变。该法充分利用氧化石墨烯原液中的锰离子,可节省原料,同时可避免氧化石墨烯繁琐的分离过程并简化实验步骤。所得复合材料作为超级电容器电极材料展现良好的电化学电容性能,在饱和K2SO4电解质溶液和50 mA·g-1的电流密度下,Mn3O4质量含量为88%时其比电容达284 F·g-1。

木质素酚醛树脂基泡沫炭的制备及其油水分离性能（英文）

采用绿色处理过程从草本植物中提取14 wt%木质素,以该木质素取代25%苯酚制备酚醛树脂,并以木质素酚醛树脂为碳源、聚氨酯泡沫为模板制备泡沫炭,并研究其油水分离性能。结果表明,所得泡沫炭具有开放大孔、低密度、疏水亲油的性能,并对有机溶剂和油品展现出良好的吸附性能,其饱和吸附量可达其自身重量的12~41倍。泡沫炭吸附有机溶剂后可通过直接燃烧进行脱附,循环使用10次后,泡沫炭对植物油仍可保留83%的饱和吸附量。

酚醛树脂基泡沫炭的制备工艺改进及在光谱电化学中的应用

以聚氨酯泡沫为模板,利用酚醛树脂制备过程中的碱催化剂对模板进行原位开孔,经酚醛树脂浸渍-固化-炭化过程制备了网状泡沫炭.该工艺省去了传统方法中聚氨酯模板预开孔的过程,简化了实验步骤,得到了高开孔率的泡沫炭.所得泡沫炭展现了典型的三维立体网状大孔结构,孔径范围约为400～600μm,具有较高的抗氧化温度和较低的石墨化程度.研究了泡沫炭作为电极测量铁-邻二氮菲配合物的电化学行为,发现泡沫炭电极在铁-邻二氮菲配合物溶液中出现了氧化还原峰,在510nm波长处的吸光度随着工作电位的提高而降低,且电极具有一定的透光性,表明所得泡沫炭有望发展为良好的光透电极材料.

微米棒构筑的多脚状ZnO水热合成及生长机理探讨

以Zn(CH3COO)2和NH3.H2O生成的Zn(NH3)42+为前驱体,采用水热法制备了多脚状ZnO微晶,用XRD、SEM、TEM及UV-Vis进行了鉴定和表征,并对其生长机理进行了初步探讨。结果表明,多脚状ZnO微晶由微米棒构筑,属六方晶系,在短紫外光区具有较强的光吸收性能。

煤沥青基类石墨烯碳/Fe_3O_4复合物的制备及其锂电性能研究

采用具有低软化点的煤沥青作为碳源,原位包覆Fe_3O_4纳米粒子制备Fe_3O_4/煤沥青基碳复合材料(简称Fe_3O_4/C),并研究复合物作为锂离子电池电极材料的性能.结果表明,所得煤沥青碳呈类石墨烯状包裹在Fe_3O_4纳米粒子周围,包覆前后所得产物的尺寸变化不大,约为200~400nm.XPS和热重分析证明复合物中存在C、O和Fe元素且Fe_3O_4含量为92.4%.采用交流阻抗、倍率性能和循环稳定性等对复合物进行电化学性能测试,所得的产品Fe_3O_4/C-700的电阻值为26.80Ω,比纯品Fe_3O_4的电阻值(126.04Ω)明显降低,说明煤沥青基碳具有提升Fe_3O_4导电性的功能.在0.1A·g^(-1)的电流密度下,Fe_3O_4/C-700复合物的放电比容量达993mA·h·g^(-1),比单纯Fe_3O_4的放电比容量(821mA·h·g^(-1))增加约21%;在0.4A·g^(-1)的电流密度下循环100次效率保留值为80.48%,表现较好的循环稳定性.所得煤沥青基类石墨烯碳原位包覆Fe_3O_4纳米粒子,有效抑制了后者在锂离子充放电过程中体积膨胀引起的聚集,同时增强了Fe_3O_4纳米粒子的导电性,使其表现出令人满意的电化学性能.

氧化石墨烯/磷钼酸复合物的制备及其液晶性研究

由Hummer’s方法制备的氧化石墨烯负载磷钼酸,制备了氧化石墨烯/磷钼酸复合物,其水溶液展现出较好的溶致液晶性.透射电镜分析表明,纯氧化石墨烯呈现出透明的褶皱薄纱状形貌,氧化石墨烯/磷钼酸复合物中磷钼酸微粒均匀分布在氧化石墨烯片层中.红外光谱说明氧化石墨烯和磷钼酸之间存在较强的相互作用.所得氧化石墨烯/磷钼酸复合物在偏振光下具有明显的溶致液晶性.相比相同条件下的纯氧化石墨烯,磷钼酸的引入没有破坏氧化石墨液晶体系的介晶结构,复合物表现出更明显的明暗交织的液晶织构,旨在将多酸嵌入氧化石墨液晶体系中并为多酸和氧化石墨烯的应用开拓一个新思路.

半纤维素基炭微球的水热制备与功能化研究

以玉米秸秆半纤维素为碳源水热制备炭微球,并以其为载体原位担载硅钨酸制备功能炭球@硅钨酸复合物。结果表明,低温水热条件下半纤维素可直接炭化制得微米级的炭球;复合物中硅钨酸的存在对炭球形貌和尺寸没有影响,但有助于炭微球的石墨化,并与表面富含官能团的炭球存在相互作用;硅钨酸典型的Keggin结构在复合物中依然保留。所得炭球@硅钨酸复合物可望用作良好的催化材料。

锌微晶辅助碳纳米管图案化

利用锌微晶沸点较低易于蒸发以及形态丰富多变的特点,在微米尺度的锌晶粒介入下采用两种方式实现碳纳米管的组装。方法一:先蒸发得到一定尺度的锌微晶,然后以其为牺牲模板基于化学气相沉积生长技术实现碳纳米管的原位组装;方法二:与方法一的工艺过程相反,先在SiO2基片上气相沉积获得定向碳纳米管膜,然后以其为基板蒸发沉积锌微米晶对生长后的碳纳米管膜进行形貌调控和组装。结果表明,尽管两种组装方式的过程和原理不同,但都可获得碳纳米管的组装图案,且过程简单可控。这一技术可为碳纳米管的组装提供新途径。

银纳米粒子的制备及其在光催化中的应用

在乙醇/水溶剂中,以AgNO3为银源、聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,采用溶剂热还原法合成纳米银。通过调变乙醇-水的相对比例、AgNO3浓度和反应时间等,获得了尺寸均匀的准球形、立方体、线状等不同形貌的银纳米颗粒,利用XRD、SEM、TEM和紫外-可见吸收光谱进行了表征。初步考察了球形纳米银(粒径分布30～70nm)和立方纳米银(粒径80～140nm)修饰介孔二氧化钛对甲基橙的光催化降解性能,结果表明两种纳米银粒子对TiO2的光催化均具有增效作用,且银粒径越小,对光催化活性的提高越显著。

水热法合成Nd(OH)_3和Nd_2O_3纳米棒的形貌控制研究

以工业高纯氧化钕微粉为起始原料,在不使用表面活性剂的情况下通过简单的水热合成法制备出氢氧化钕一维纳米棒,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其组成及形貌结构进行了系统表征。研究表明,合成过程中水热体系的反应温度、pH值、反应物初始浓度及反应时间对最终产物的形貌结构具有较大影响,当反应温度为180℃、溶液体系pH值约为9.5、Nd3+浓度为0.12mol/L时,经12h反应可以大量制备形态均一、相纯度高的六方相氢氧化钕晶体纳米棒。该氢氧化钕纳米棒在空气气氛下500℃焙烧后形成具有体心立方结构的C型Nd2O3,该Nd2O3仍具有一维纳米棒形貌。

化学气相沉积法制备定向碳纳米管及其生长机理的研究

以环己烷为碳源,二茂铁作催化剂,采用浮动催化化学气相沉积法制备了定向碳纳米管,并用SEM、TEM及Raman光谱对样品进行了鉴定和表征。并从不同的角度,提出了定向碳纳米管遵循底部生长的机理。

氧化亚锰/石墨烯复合材料的简易合成及其高效储锂性能(英文)

在不添加锰源的情况下,将改进Hummers法制备的硫酸锰/氧化石墨烯悬浊液直接通过NaOH碱溶液原位沉淀形成四氧化三锰/氧化石墨烯复合物,并在氢气气氛下处理得到氧化亚锰/石墨烯复合材料。将该复合材料用于锂离子电池的负极材料,锂离子电池性能优良。在100mA·g-1电流密度下,其比容量达到870mAh·g-1,明显高于相同电流密度下氧化亚锰的比容量(456mAh·g-1)。即使在1600mA·g-1的高电流密度下,其比容量达390mAh·g-1。这种简单、高效的合成方法可为合成锰基氧化物和石墨烯的复合材料提供一种新思路。

氮掺杂暴露(001)面二氧化钛的制备及其可见光催化性能研究

以尿素为氮源、HF为调控剂,采用水热法制备了以(001)活性面为主的氮掺杂型TiO2催化剂.SEM、TEM、XRD、Raman及UV-Vis测试结果表明,TiO2及N-TiO2产品均为暴露(001)面的纳米片状锐钛矿结构,TiO2在高温900℃煅烧仍能保持锐钛矿结构.F-不仅对(001)面的暴露起到很好的调控作用,而且抑制了TiO2在高温下向金红石相的转化.氮的掺杂窄化了TiO2的禁带宽度,使其边带红移,在可见光区域有很强的吸收峰.并且,随着氮掺杂量的增多,N-TiO2在可见光的吸收峰增强.以可见光降解染料罗丹明B溶液作为探针反应,研究了不同N/Ti配比的N-TiO2的可见光催化活性,氮掺杂TiO2的可见光催化活性比照纯TiO2有明显的改善.

简易法制备孔隙可调的三维石墨烯宏观体及锂电池性能的研究

石墨烯宏观体具有大的比表面积和丰富的相互连接的内部孔道结构,广泛应用于锂离子电池、超级电容器等领域.现阶段多采用将石墨烯水凝胶进行冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥的方法制备石墨烯宏观体,该方法具有一次成型、耗时短等优点,但是存在孔隙大小无法调控、设备昂贵等不足.本文以氧化石墨烯(GO)为原料制备得到石墨烯水凝胶,仅利用室温干燥和冰箱冷冻相协同的简单方法制备孔隙可调的三维石墨烯宏观体(GM).研究发现经室温部分干燥后的石墨烯水凝胶经冰箱冷冻后再进行室温完全干燥其体积几乎不发生变化,因此通过调控首次室温干燥的时间调变石墨烯宏观体的孔隙大小.此方法具有操作简单、造价低廉的优点.将所制备的GM作为锂离子电池负极材料,表现了良好的储锂性能.结果表明:首次室温干燥3h的石墨烯水凝胶再经过冰箱冷冻和第二次室温完全干燥所获得的GM(GM-3h)在0.1A·g^-1电流密度下其比容量高达1039mAh·g^-1远高于传统石墨负极372mAh·g^-1的比容量;在0.5A·g^-1的电流密度下经100次循环后,其比容量降低到504mAh·g^-1,保持率为73.1%,表现了良好的循环稳定性.

葡萄糖基炭微球的制备与结构表征

以葡萄糖为碳源制备炭微球，考察了原料浓度、反应时间和反应温度对所得炭微球形貌和产率的影响，并测定了其表面官能团的种类和数量。结果表明，葡萄糖浓度为0．5mol／L、反应温度为180℃、反应时间为7h的条件下制备了粒径300nm左右、分数性较好的炭微球。所得炭微球表面合有丰富的羟基、羰基、羧基等含氧官能团，采用联碱中和法定量测定了上述官能团的含量。

基于GROW模型的研究生高效学习模式探索

传统讲授法以教师为主导,不利于学生创新性和潜能的发挥。我们提出“GROW模式”包括目标确定(Goal)、现状分析(Reality)、方案选择(Options)、行动计划(Will)四个步骤。该模型应用到研究生教学中,教师先提出课题的目标,学生思考和比较,并做出方案选择,确定具体的方案,从而实现课堂教学的高效化。GROW模式以“学生为学习中心”,注重发挥学生的潜能,从而培养学生的创新意识、合作能力、研究能力等多方面能力,实现学生的“自我成长”。该模式应用于《高等环境化学》教学中,取得了良好的教学效果。

氯化钠模板诱导木质素基多孔炭的制备及其超级电容器性能

以木质素为碳源,氯化钠为模板,通过低温回流使木质素包覆在氯化钠外层,高温煅烧获得木质素基多孔炭,研究了其作为电极材料在超级电容器中的应用。结果表明,改变煅烧温度可调控所得样品的孔结构,其比表面积在548～600 m^2/g之间可变,且随着煅烧温度升高,比表面积和孔体积先增大后减少。700℃煅烧所得样品具有最大的比表面积,并表现出最高的电容性能,其在6 mol/L KOH电解液中比电容可达252 F/g,有效面积电容高达31. 2μF/cm^2,模板氯化钠可清洗分离并可循环利用。提出了一种废弃物高附加值制备超级电容器用多孔炭的绿色方法。

蟹壳基氮/氧共掺杂多孔炭的原位制备及其超级电容器性能

采用废弃蟹壳为碳源,KOH为活化剂原位制备了氮/氧共掺杂多孔炭,并研究其作为电极材料在超级电容器中的应用。固定蟹壳与KOH的质量比为5∶3,考察了煅烧温度对所得炭材料产率、孔结构和氮氧含量的影响。结果表明,蟹壳基炭材料的孔结构和氮/氧含量可通过改变煅烧温度调变。随着煅烧温度从500℃上升至700℃,多孔炭的比表面积和孔体积逐渐增大,而氮/氧含量随温度升高则降低。采用循环伏安和恒流充放电对所得材料的电化学性能进行测试。结果表明,所得多孔炭的电化学性能取决于其孔结构与氮/氧表面性质的协同作用,其中煅烧温度为600℃所得的多孔炭比表面积为612 m^2/g,氮和氧含量分别为3.53%和32.8%,在50 m A/g的电流密度下比电容达到310 F/g,循环1000次比电容仍然保持95%以上,展现出良好的电化学性能。

一种测定高酸度水溶液有效酸度的固态电化学传感器

以循环伏安法在石墨电极表面电聚合制备了新型全固态邻氨基酚-邻苯二胺共聚物薄膜修饰电极,采用循环伏安法研究了此电极在H^+的有效浓度为1.00×10^(12)~10.0 mol/L范围内的电化学响应,结果表明,还原峰电位与溶液的有效酸度分别在1.00×10^(10)~0.10 mol/L、0.10~2.00 mol/L和2.00~10.0 mol/L 3段浓度范围内呈良好的线性响应,线性回归方程分别为E_(pc)=0.0456lg C(H^+)-0.295,E_(pc)=0.0803C(H^+)-0.309,E_(pc)=0.0278C(H^+)-0.188。在有效酸度为1.00~8.00 mol/L的H_2SO_4、HNO_3或者HCl O_4溶液中亦有类似的线性响应。此电极制备方法简单,酸度测试范围宽至1.00×10^(10)~10.0 mol/L,为开发新型高酸度固态电化学传感器奠定了基础。

石墨烯迷你马达的自组装制备及其乙醇驱动运动和油品吸附性能

石墨烯三维(3D)宏观体多集中在厘米尺度并为实心对称结构,且存在“小尺寸”和“低密度”难以协调的矛盾。本文以氧化石墨烯为前驱体、苯胺为交联剂,在电动搅拌下通过剪切力驱动聚集和毛细管力干燥协同自组装制备球状氧化石墨烯水凝胶,经过高温还原得到石墨烯迷你马达。所得石墨烯迷你马达具有尺寸小(直径2~5 mm)、密度低(0.2~0.7 g/cm^3)、内部空心结构以及疏水亲油的性能。上述结构特征赋予其乙醇驱动运动和油品吸附性能。研究表明,充分浸泡乙醇的石墨烯迷你马达在水中可以展现出自转速度3 r/s的无规则快速运动;对水中植物油的饱和吸附量约为794.9 mg/g。