石墨烯制备及其在低温燃料电池阳极催化中的应用进展

石墨烯是材料科学领域的新星,在电子、能源、环境、生物医学及催化领域的应用备受关注。在电催化领域,石墨烯特殊的结构有利于贵金属催化剂的分散和稳定,可大幅度提高贵金属的催化活性,是理想的载体材料。本文对石墨烯的制备方法及贵金属/石墨烯电催化剂的设计合成的研究进展进行评述。

奠定基础知识 走近学科前沿——黑龙江大学材料合成化学课程的思考与探索

该文介绍了黑龙江大学材料化学专业材料材料合成化学课程的一些举措。根据材料化学专业的特点,结合授课教师多年科学研究经验并考虑学生发展的需求,将基础知识与学科前沿相结合,在丰富学生基础知识的同时极大的提高了学生的学习积极性,激发学生的科研热情和求知欲,更加有利于培养符合新世纪发展需要的创新型人才。

分级结构MoS_2的可控制备及其电催化析氢性能研究

通过简单的水热反应合成了分级结构MoS_2纳米球,研究了水热反应温度以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对花状MoS_2形貌的影响。结果表明,PVP对花状纳米球的生成至关重要,只有在PVP存在的情况下才会生成由片层组装的纳米球形结构,这主要归因于MoS_2(002)晶面的表面能高,PVP紧密吸附在MoS_2纳米片表面,从而驱动纳米片组装成花状纳米球。电化学析氢性能测试发现,花状MoS_2纳米球的析氢性能明显优于块体MoS_2,这主要归因于花状MoS_2纳米球能提供更多的催化活性位点。

电沉积法制备介孔TiO_2/CdS薄膜光电极

采用阴极恒电位沉积法,在介孔TiO2薄膜上制备了介孔TiO2/CdS薄膜光电极,用XRD,SEM,Raman,SPS和UV-Vis等多种手段对薄膜电极进行了表征.结果表明,CdS成功沉积到介孔TiO2的表面和孔道内,形成了异质结结构.通过光电流作用谱考察了该复合体薄膜电极的光电性能,结果表明,与单纯的介孔TiO2薄膜相比,其光电转换效率显著提高,这是由于CdS具有吸收可见光的特性以及CdS与介孔TiO2形成异质结从而使得光生载流子更容易分离的结果.

电泳沉积法制备介孔TiO2／单壁碳纳米管薄膜

采用电泳沉积法,在FTO/介孔TiO2薄膜上制备了介孔TiO2/单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜电极,用Raman和SEM等手段对薄膜电极进行了表征.结果表明,SWCNTs已沉积到介孔TiO2薄膜上.分别用四羧基苯基卟啉(TCPP)和联吡啶钌化合物N719对其进行敏化,并组装成太阳能电池.研究结果表明,与单纯的TiO2粒子膜相比,介孔TiO2和SWCNTs的紧密结合可使得光生电子更容易传输,光电转换效率显著提高.

银纳米枝的合成及表面增强拉曼效应

利用硝酸银与铜之间发生置换反应原理,在铜箔上得到了有序的银纳米枝结构,用十二烷基磺酸钠(SDS)为表面活性剂,通过调控前驱体硝酸银的浓度,可在铜箔上得到不同密度的银纳米枝.表面拉曼增强实验结果表明,当分别以对巯基苯胺(4-ATP)、腺嘌呤和罗丹明G6为探针分子时,有序的银纳米枝结构比无序的银纳米粒子具有更好的拉曼增强活性;且随银纳米枝密度的增加,表面拉曼增强活性有所提高.该有序的银纳米枝结构是较好的表面增强拉曼(SERS)活性基底,在有机分子和生物分子的SERS检测方面将具有一定的应用前景.

SDS辅助的种子生长法制备片状纳米银

以4 nm银为种子,SDS为结构导向剂,乙二胺四乙酸二钠为还原剂,采用晶种法在溶液成功的制备了片状银纳米粒子。透射电镜及紫外-可见光谱表征指出所得的产物由厚度小于20 nm的薄的银纳米片构成。利用紫外-可见光谱仪对银纳米片的形成过程进行了研究,并探讨了反应温度、晶种量对表面等离子共振特性的影响。结果表明:温度从60℃升高到80℃可导致银纳米片的等离子共振峰位置和数目发生明显的变化,继续升高温度则无明显的影响;同时,晶种量不仅能影响纳米Ag的尺寸,而且会影响其形成反应速率。

开放科研实验室,培养本科生的创新思维与能力

大学生创新思维和能力培养对于增强民族自主创新能力有着深远的社会意义。培养学生的创新能力需要转变教育观念,营造创新氛围。开放高校科研实验室使之成为本科生创新实验室,会聚优秀科研教师的力量,组织课业之外有精力、有能力的本科生和对科学研究感兴趣的同学,有的放矢地参与到教师的科学研究工作中,开展学科前沿的科学研究工作,是培养本科生创新思维和科研能力的重要渠道。

贵金属纳米粒子修饰的核胶球复合材料的研究进展

综述了贵金属纳米粒子修饰的核胶球材料的研究进展。由于贵金属壳-胶球核复合材料具有高的稳定性和优异的光学、催化等性质,是当前材料科学研究领域的一个热点。因此,发展简单的、大量的制备这种复合材料的方法,以及广泛深入地研究其性能和应用具有十分重要的意义。

炭/多壁碳纳米管复合材料的制备与超级电容性能

结合环糊精包覆和热处理技术制备了炭/多壁碳纳米管(C/MWCNTs)复合材料,并研究其应用于超级电容器的性能.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等技术对C/MWCNTs复合材料的形貌及结构进行分析.采用循环伏安和恒流充放电等电化学测试方法研究其电容特性.结果表明,C/MWCNTs复合材料具有良好的电化学性能,远优于相应的炭及MWCNTs样品.在1 A/g电流密度下,比电容可达到145 F/g,循环3000次后,容量无明显衰减.

酸功能化碳纳米管对多孔碳材料储能活性及稳定性的增强作用

采用球磨法将酸功能化碳纳米管(AMWCNTs)与环糊精均匀混合。酸功能化有利于增强碳管和环糊精间的相互作用,从而使二者形成均匀、有效的复合。在N2气保护下碳化并经后续的ZnCl2活化处理,最终获得酸功能化碳纳米管/多孔碳(PC)复合体材料。采用透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等方法对材料结构进行了表征。结果表明,碳纳米管在多孔碳骨架内均匀分布,并且复合体同时具有较高的比表面积和良好的导电性。循环伏安及恒流充放电等电化学测试表明,由于二者的协同作用及碳纳米管在多孔碳骨架内均匀、有效的复合,材料具有较好的电化学储能性能和良好的电化学稳定性。电流密度为0.5 A/g时,AMWCNTs/PC-12-4(其中12代表β-环糊精和AMWCNTs的质量比,4代表酸化碳纳米管/β-环糊精碳与氯化锌的质量比)复合材料的质量比电容为156 F/g,远远高于AMWCNTs(43 F/g)和PC-4(87 F/g)。经5000次循环后,电极比电容无明显衰减,而且每次恒流充放电的库仑效率均大于99.9%,说明复合材料具有良好的稳定性,是非常有前景的超级电容器电极材料。

电催化氮还原用非贵金属基催化剂的研究现状

电催化氮还原反应(Nitrogen reduction reaction,NRR)可以在常温常压环境下将N2还原为NH3,是最有希望代替传统Haber-Bosch法的技术之一。目前,由于缺乏高效催化剂,电催化NRR难以实现工业化,亟需探索和设计高效的催化剂。本综述总结了非贵金属基催化剂在电催化NRR应用中的最新进展,包括氧化物、硫化物、碳化物和氮化物等,阐述了元素掺杂、空位、形貌和异质结构等对催化剂电催化NRR性能的影响规律和研究现状。讨论了提高电催化NRR效率的方法,提出了不同催化剂存在的问题并指出了相关解决方案,为后续NRR电催化剂的发展和改进提供了新思路。

一种简化的马来酸桂哌齐特的合成方法

报道了一种合成马来酸桂哌齐特的新路线。采用一锅合成方法,用3,4,5-三甲氧基肉桂酸(4)与1-(吡咯烷基羰基甲基)哌嗪(2)反应制得桂哌齐特游离碱(3),(3)再与马来酸反应得到马来酸桂哌齐特(1),总收率约50%(以4计)。产品的结构经1H NMR和MS及IR表征。该法成本低、收率高。

“双万计划”背景下融合虚拟仿真的材料化学专业实验课程教学改革

根据材料化学实验及学科发展的新特点和新规律,切实开展对材料结构表征的系列虚拟仿真实验教学的探索和改革,通过对课程内容及学生综合能力评估体系的合理设计,充分开拓学生思路,深化学生对材料化学研究的认识,培养学生的分析问题能力、逻辑思维能力,加强对材料化学所学知识的巩固,激发学习材料化学前沿科研课题的积极性,提高院校办学水平和人才培养质量,促进材料化学专业国家级一流本科“双万”专业建设和发展。

贵金属纳米材料催化芳香族硝基化合物还原进展

随着现代工业的发展,大量的芳香族硝基化合物被排放到水中,造成水体污染。这些化合物毒性高、致病性强,而且降解周期长。因而,开发从水体中高效移除/转化这些化合物的技术十分必要。以NaBH4为还原剂的催化还原法可将芳香族硝基化合物转化为毒性小、容易降解转化且具有高附加值的氨基化合物,因而成为消除芳香族硝基化合物污染的一种有效途径。贵金属是重要的加氢还原反应催化剂,其催化性能受尺寸和形态等因素的影响。基于此,本文对贵金属基催化材料近期在该领域的研究进展进行了总结。主要从催化机制、非担载型贵金属催化剂和担载型催化剂几方面进行介绍,重点介绍了催化剂活性和稳定性的调节方法以及材料循环使用能力改善的策略,最后对该领域的发展趋势进行了展望。

江华:万众一心御旱灾

6月中旬以来，江华瑶族自治县遭遇了自上世纪60年代以来罕见的持续高温干旱少雨天气，降水极端偏少，蓄水严重不足，人畜饮水出现困难，按月尺度统计达到特旱等级。截至8月12日，全县23个乡镇场527个村54万人遭受了不同程度的旱灾，造成农业经济损失8000万元。旱情发生后，江华县委、县政府及时召开了全县抗旱救灾工作动员会，要求全县干部群众立足于抗大旱抗长旱，确保人畜饮水安全，

多孔NiCoP纳米壁用作具有大面积和高质量电容超级电容器有前景电极（英文）

设计同时具有大面积和高质量电容的电极对于超级电容器的实际应用非常重要.本文,我们将多孔NiCoP纳米围墙置于Ni泡沫(NF)上得到(NiCo-P/NF)电极,以该电极制备的超级电容器具有高的面积电容和质量电容.首先通过NaAc辅助(不含氟)工艺控制Ni^2+和Co^2+在NF上的沉积速率制备NiCoOH纳米围墙母体.可控磷化后,在NF上形成具有约8.6 mg cm^-2的高负载量的NiCo-P纳米围墙.该电极具有以下特点:有利于离子传输的丰富孔隙;易于容纳电解质的纳米围墙;易于传输电子的良好导电性.NiCo-P/NF表现出高比质量电容(在1 A g^-1时为1861 F g^-1,在10 A g^-1时为1070 F g^-1),并且具有大的面积电容(在5 mA cm^-2时为17.31 F cm^-2,在100 mA cm^-2时为10 F cm^-2).由NiCo-P/NF正极与商业活性炭负极组成的非对称超级电容器(ASC)在功率密度为750 W kg^-1时表现出44.9 Wh kg^-1的高能量密度.ASC可以轻松驱动风扇、电子表和LED灯,表明其具有实际应用的潜力.

立方体咪唑骨架衍生CoFe合金纳米粒子嵌入N-掺杂石墨化碳中用于锌空气电池放电反应（英文）

目前,贵金属铂被认为是性能最优异的氧还原催化剂,但是其昂贵的价格、有限的储量制约了其大规模应用,因此制备具有高催化活性和稳定性的过渡金属基催化剂迫在眉睫.在本工作中,我们构筑了一种CoFe合金纳米颗粒嵌入到N-掺杂石墨化碳纳米结构中的复合材料(CoFe/NC)作为氧还原催化剂.我们首先制备了ZIF-67纳米立方体,再利用离子交换法在其骨架中引入Fe2+形成CoFe-ZIF前驱体.通过在惰性气氛下煅烧得到CoFe/NC催化剂.由于钴、铁及氮掺杂的协同作用,CoFe/NC-0.2-900催化剂(在900°C下煅烧掺杂0.2 mmol硫酸亚铁的CoFe/NC)表现出优异的氧还原性能,尤其是极限电流密度(6.4 mA cm^-2)远高于Pt/C(5.1 mA cm^-2).采用CoFe/NC-0.2-900和NiFeP/NF(负载在泡沫镍上的NiFeP)分别作为放电和充电反应催化剂组装的可充电锌空气电池,与传统的Pt/C+RuO2/C催化剂组装的电池相比,具有较低的充放电电压差、较大的功率密度和更优异的循环稳定性.

N掺杂碳包覆的Co_3O_4纳米片/碳布复合材料用于稳定的可充电Zn空气电池（英文）

多种非贵金属化合物已经被用作锌空气电池的正极材料.钴基自支撑电极由于其制备低成本、高性能的优势而具有良好的应用前景,但是构建高效的钴基自支撑电极仍面临很大的挑战.本研究中,我们采用电沉积及后续碳化的方法制备了一种在碳布上生长的氮掺杂碳包覆Co_3O_4纳米片三维复合材料(NC-Co_3O_4/CC).作为自支撑电极用作OER催化剂,在电流密度为10 mA cm^(-2)时过电势为210 mV, Tafel斜率为79.6 mV dec^(-1).作为锌空气电池的正极材料时,在10 mA cm^(-2)的电流密度下其充放电电压差为0.87 V,即使大电流密度为25 mA cm^(-2)时仍然具有良好的稳定性(93次循环后性能没有衰减),远远超过了商业催化剂. NC-Co_3O_4/CC电极优异的性能主要归因于三维结构利于电解液离子的扩散,同时不使用粘结剂也能够增强电极的导电性.另外,碳包覆不仅能够提高电子传导特性,而且能提升电极的电化学稳定性.氮掺杂可以调节碳的电子结构,加速电子的传递.本工作提供了一种简单有效的策略用于合成各种自支撑电极,从而满足不同能量存储及转换器件对电极的需求.

一维Co_(9)S_(8)-V_(3)S_(4)异质结作为双功能电催化剂用于高效电催化分解水

发展低成本、高活性和稳定的电催化分解水电催化剂,仍然是一项巨大的挑战.本研究工作中,我们构建了一种在碳布基底上生长的一维硫化钴和硫化钒异质结纳米线(Co_(9)S_(8)-V_(3)S_(4)/CC)作为双功能电催化剂用于高效全解水.一维线状结构的Co_(9)S_(8)-V_(3)S_(4)/CC具有大比表面积、丰富的活性位点和快速的质子/电子转移能力以及释放气体的能力.更重要的是,由于Co_(9)S_(8)-V_(3)S_(4)异质结具有强电子耦合效应,在界面处,Co9S8的电子向V3S4转移,即V3S4(V2^(+))吸引电子,有利于析氢反应中的H*活性位点的吸附,Co9S8(Co^(3+))失去电子,有利于提高析氧反应催化活性.在10 mA cm^(−2)的电流密度下,Co_(9)S_(8)-V_(3)S_(4)/CC催化HER、OER的过电位分别是85和232 mV;Tafel斜率分别是51和59 mV dec^(−1).以Co_(9)S_(8)-V_(3)S_(4)/CC分别作为阳极和阴极用于全解水,起始电压仅为1.35 V,达到10 mA cm^(−2)的电流密度所需电压仅为1.53 V,且具有高法拉第效率和高稳定性.此装置可被太阳能电池(1.53 V)驱动连续产生H2和O2.这项工作提出了一种设计用于高效全解水的一维硫化物异质结电催化剂的新方法.