壳聚糖-F27软模板法制备孔结构可调的氮掺杂纳米介孔碳球

以壳聚糖为新的碳源和氮源的前驱体、三嵌段两亲共聚物(F127)为软模板,采用喷雾干燥和直接碳化技术成功制备了氮掺杂介孔碳纳米粒(NMCs)。系统研究了模板剂用量对氮掺杂介孔碳材料孔结构和氮元素含量的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、热失重分析仪(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积和孔径分析仪(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对氮掺杂介孔碳纳米粒子的微观形貌和结构进行了表征。分析研究结果表明,氮掺杂介孔碳材料孔隙发达,纳米粒子具有球形形貌,平均直径约为300～400 nm,具有蠕虫状介孔结构,随着模板剂用量的增加,孔径在3. 05～6. 09 nm逐渐增大,氮元素含量逐渐从6. 324%减少为3. 020%,孔容和比表面积先增加后减少,碳源和模板剂质量比在6∶2时比表面积最大为868. 9 m^2/g,孔容为0. 963 cm^3/g。同时掺N后的介孔碳由于掺氮量不同,接触角随着氮含量的增加而减少。

铁/介孔碳球的制备及其催化氧化苯乙烯生成苯甲醛

在葡萄糖中加入丙烯酸,水热合成碳化得到富含羧基和介孔的"荔枝状"单分散碳球,与硝酸铁溶液交换Fe3+后得到Fe/C(A)催化剂.考察了该催化剂的丙烯酸加入量、硝酸铁溶液浓度、离子交换温度和交换时间等制备条件.并用最优催化剂考察了苯乙烯氧化反应的反应温度、催化剂用量、过氧化氢与苯乙烯体积比、溶剂、反应时间等对反应的影响.利用XRD、SEM、BET、TG-DTA、FT-IR和XPS等表征手段考察了Fe/C(A)催化剂表面形貌、表面基团,证实了Fe^(3+)在催化剂表面高度分散并且与羧基发生了化学作用.Fe作为催化剂Fe/C(A)的主要活性位,可以催化过氧化氢分解出自由基,进而氧化苯乙烯生成苯甲醛.自由基抑制剂证实了该反应遵循自由基过程.

中空介孔碳球修饰的丝网印刷碳电极用于尼古丁的电化学检测

将一步法合成的中空介孔碳球(HMCS)修饰在丝网印刷碳电极(SPCE)上,得到了用于尼古丁电化学检测的新型电极(HMCS/SPCE)。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及拉曼光谱等方法对HMCS及修饰电极HMCS/SPCE进行表征。由于HMCS具有较大的电化学活性面积和良好的导电性,修饰电极HMCS/SPCE对尼古丁表现出良好的电催化活性。在优化实验条件下,电极HMCS/SPCE对尼古丁的检测线性范围为0~500μmol/L,灵敏度为0.850 m A/(cm^2·mmol·L^(-1)),检出限为0.058μmol/L。制备的传感器具有重复性好、稳定性高等特点,可用于实际烟草样品中尼古丁的检测。

有序介孔碳球阵列约束下NaAlH_4的脱/加氢性能

采用熔融浸渍法构建了有序介孔碳球阵列(MCSA)约束NaAlH4的复合体系—NaAlH4/MCSA纳米约束体系,并系统地研究了该体系的热力学性能、动力学性能以及循环性能.与纯NaAlH4相比,NaAlH4/MCSA体系的初始脱氢温度由230℃降至150℃,在220℃时即可完成主要的脱氢过程且脱氢量可达4.9%;同时该体系在180℃时60min内等温脱氢达到了5.1%,而相同条件下纯NaAlH4仅能放出0.5%的氢气且有孕育期,NaAlH4/MCSA体系的动力学性能显著改善.循环测试结果表明纯NaAlH45次脱/加氢循环之后可逆容量小于50%,而NaAlH4/MCSA体系经15次循环后可逆容量大于90%,显示出良好的循环稳定性.研究结果表明NaAlH4储氢性能的改善是由于MCSA一方面具有催化作用,另一方面对NaAlH4形成了空间约束,并且空间约束起主要作用.

介孔碳球的制备研究进展

作为一类新型球形介孔碳材料,介孔碳球具有较大的比表面积及孔容、可调的孔径、易于修饰的表面、良好的化学稳定性和机械性等特性,因此在环境治理、能量储存与转化、生物医药、催化应用和功能材料等领域有着巨大的应用潜力。综述了模板法、St9ber法、水热碳化法、微乳聚合法以及组合法等制备介孔碳球的相关研究,提出了介孔碳球在制备方面尚待解决的主要问题和发展趋势。

介孔碳纳米球/RDX主客体含能复合材料的制备及热分解性能

为探究介孔碳纳米球(MCS)对氧化剂环三亚甲基三硝铵(RDX)热分解性能的影响,通过双模板法制备出粒径约350 nm的MCS,利用主客体化学技术将RDX晶体引入MCS孔内及表面,得到MCS/RDX复合物。采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)对MCS和MCS/RDX复合物的形貌和结构进行表征;通过傅里叶红外变换光谱(FTIR)研究了MCS与RDX之间的界面相互作用;利用差示扫描量热⁃热重分析(DSC⁃TG)研究MCS/RDX复合物的热行为,相比纯RDX,MCS/RDX复合物的分解温度降低13℃,放热量增加,表观活化能从234.87 kJ·mol^(-1)降低到126.48 kJ·mol^(-1)。采用落锤撞击感度仪和静电火花装置测试所得材料感度。与纯RDX相比,MCS/RDX复合物的撞击感度和静电火花感度明显降低。这些结果表明,MCS对RDX的热分解具有较好的催化性能,并能降低RDX的感度。

超黑涂层用中空介孔碳的制备及其表征

为了开发超黑涂层用超低反射率填料,以二氧化硅为模板、均三甲苯为造孔剂,采用硬模板法结合碱溶液刻蚀制备了中空介孔碳材料样品,并采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、氮气吸附等方法对其微观形貌、晶体结构和孔结构进行了表征。结果表明,未刻蚀的介孔碳样品呈粒径均匀的球状结构,氢氧化钠刻蚀后介孔碳为粒径均匀的中空球状结构,壳厚度50nm左右,壳层分布有紧密排布的径向孔道;中空介孔碳球在2θ为24.7°处出现石墨化衍射特征峰,随着制孔剂用量的增加,结晶度有所下降,拉曼光谱进一步证明中空介孔碳材料石墨化程度不高;随着均三甲苯量的增加,孔径逐渐增大。通过调控造孔剂的用量可以实现中空介孔碳球在可见光波段反射率<1%。

介孔碳球的制备及作为药物传输系统的应用

介孔碳球是一种新型多孔球形碳材料,因具有比表面积大、化学稳定性高、生物相容性好以及孔容孔径可调及粒径大小可控等许多优点,在生物医药、能量储存与转化、环境治理和催化等领域有着巨大的应用前景。本文介绍了模板法、Stober法和微流控液滴法制备介孔碳球的相关研究,综述了近年来介孔碳球作为药物传输系统(Drug delivery system,DDS)的应用研究进展,重点对表面性质控释、刺激响应控释、靶向输送、诊疗一体化等四种DDS的研究进行了评述,并提出了当前介孔碳球制备及在作为癌症治疗DDS的应用中尚待解决的主要问题和发展趋势。

介孔碳球的制备及其催化性能研究

通过在3-氨基苯酚与甲醛聚合成球的过程中引入模板剂二氧化硅纳米颗粒,随后碳化、腐蚀除硅,制备得到了具有良好介孔结构的碳纳米球.通过透射电子显微镜(TEM)、粉末X射线衍射(XRD)、N_2等温吸脱附(BET)等表征手段对样品形貌和结构进行了分析,表明介孔碳球分散性良好、比表面积较大(~294m^2/g)、孔径分布均匀(~3.8nm).以该介孔碳球为载体,负载金属钯纳米颗粒,得到了金属颗粒分散均匀、粒径小(~2nm)的Pd/介孔碳球复合材料.应用于催化碘苯和苯硼酸的Suzuki偶联反应中,具有良好的催化活性.反应5min,碘苯的转化率达99.06%,催化剂循环使用7次,碘苯转化率未见明显下降.

SiO2掺杂介孔碳纳米球及其锂硫电池的特性

为了增加对锂硫电池在循环期间产生的多硫化物的吸附能力,用软模板法在溶液中通过自组装得到了SiO2掺杂介孔碳球,其中极性SiO2可以很好地吸附多硫化物,提高锂硫电池的循环性能。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征结果表明合成的介孔碳球分散性良好,粒径约为250 nm,具有封闭在内部的孔径约为20 nm的球形孔,封闭的孔结构可以为防止多硫化物流失提供良好的物理屏障。同时氮气吸附和脱附测试结果表明介孔碳球具有很高的比表面积(523 m2/g)和孔体积(0.67 cm3/g),热重分析仪(TGA)数据表明SiO2的质量分数为9.4%,灌硫后硫的质量分数为60%。电化学测试结果表明,在167.5 mA/g的电流密度下,SiO2掺杂介孔碳球的首次循环比容量为1173 mA·h/g,100次循环后比容量仍可达到770 mA·h/g,库仑效率保持在99%。在1675 mA/g的大电流密度下循环了500次后比容量从660 mA·h/g下降到550 mA·h/g,平均每次循环的比容量衰减率仅为0.036%。

介孔碳微球的合成及其应用研究进展

目前,介孔碳微球的合成主要有硬模板和软模板两种方法。硬模板是将碳前驱体通过溶剂挥发填充到已合成的球形介孔材料(硬模板)中,然后热处理掉硬模板得到介孔碳微球;软模板则是以三嵌段共聚物F127做为模板剂,酚醛树脂作为碳源在水热条件下制备出介孔碳微球。介孔碳微球在超级电容、锂离子电池、气体储存、生物医药等领域获得广泛应用,然而在摩擦润滑领域的研究却未见报道。结合本课题组的前期研究提出了其在摩擦领域的研究思路并展望了其应用前景。

介孔碳纳米微球在锂离子电池中的应用

将介孔碳纳米微球粉末与磷酸铁锂(LiFePO_4)、石墨混合(介孔碳含量为8%)作为电池的正负极材料,组装锂离子电池。添加碳纳米微球后,电池的可逆性和比容量均优于未添加的,尤其在大电流9.0 A充放电时,充电电压平台约低0.25 V;充放电效率高出约88.5%;输出容量与放电电流为0.8 A时的比值高约15%。在低温0℃、-10℃和-20℃放电时,添加碳纳米微球的电池输出容量与额定容量的比值比未添加的分别高12.4%、14.9%和16.7%。

介孔碳纳米球的制备及扑热息痛的电化学检测

本文构建了一种基于介孔碳纳米球(MCNs)的电化学传感器用于对乙酰氨基酚(PA)的分析检测.酚醛树脂用作碳源,商业三嵌段聚合物Pluronic F127用作表面活性剂,采用有机-有机自组装软模板法,通过低浓度水热合成尺寸均匀的介孔碳纳米球.材料的形貌通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)等表征,采用循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)考察MCNs修饰的玻碳电极(MCNs/GCE)对PA的电化学催化性能,结果表明,该修饰电极对PA的电化学检测呈现线性范围宽(1 ~ 60 μM和60 ~ 300 μM),检测限低(0. 34 μM)(S/N=3),灵敏度高(7. 15 μA μM^-1 cm^-2和1. 62 μA μM ^-1 cm^-2)的优点,将该修饰电极用于含扑热息痛的实际样品-对乙酰氨基酚缓释片的测定,得到了满意的结果,有望用于实际样品中PA的检测.

碳修饰的HMCS@ReS_(2)的合成及其储钠性能研究

二硫化铼(ReS_(2))作为过渡金属二硫化物的一员,由于极弱的层间范德华相互作用、较弱的层间耦合能量和较大的层间距,在钠离子电池领域有着良好的应用前景。但是ReS_(2)自身较低的本征电导率和充放电过程中较大的体积膨胀严重限制了其电化学储钠能力。在空心介孔碳球(HMCS)上原位生长ReS_(2)纳米片(HMCS@ReS_(2)),将HMCS@ReS_(2)复合材料作为高性能钠离子电池负极。碳基材料的复合弥补了ReS_(2)电导率不足的缺陷,促进了电子的快速转移;空心介孔碳球为ReS_(2)的体积变化提供了足够的缓冲空间,维持了电极材料的结构稳定性。HMCS@ReS_(2)作为钠离子电池负极材料时有着优异的倍率性能和循环性能。结果表明,HMCS@ReS_(2)电极在0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 A·g^(-1)的电流密度下分别表现出388.5,343.4,305.3,262.4,180.1 mAh·g^(-1)的放电比容量。在2.0 A·g^(-1)电流密度下循环3000次后比容量保持在65 mAh·g^(-1),平均每圈的容量衰减率仅为0.074%。

吸附法制备金属/碳催化剂用于5-羟基甲基糠醛高效电催化氧化的研究

以介孔中空碳球(HC)为载体,通过简单的吸附法吸附Ni^(2+)/Fe^(3+)金属离子,获得了在碱性电解液中具有高效5-羟基甲基糠醛(HMF)电催化氧化性能的Ni_(x)Fe_(1-x)/HC催化剂.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对Ni_(x)Fe_(1-x)/HC的物相、形貌结构及电子结构进行了表征,并通过线性扫描伏安和计时电位等方法测试了Ni_(x)Fe_(1-x)/HC的HMF电催化氧化性能.结果显示,Ni_(x)Fe_(1-x)/HC材料催化HMF氧化的活性随Fe引入量的增加先升高后降低,Ni_(0.7)Fe_(0.3)/HC拥有最优的催化活性,HMF的转化率为100%,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的选择性为90.5%,法拉第效率为90.2%,经历10次循环后,催化活性仅略微降低,表现出优良的催化稳定性.

有序介孔碳纳米球的合成、表征及载药控释研究

采用软模板法合成出介孔酚醛树脂球,通过部分碳化法获得有序介孔纳米球,考察了水浴反应时溶液的p H及模板剂对产物形态的影响,当反应溶液p H=8.0及模板剂为F127时,合成产物为规则纳米球状,球体大小均一且介孔明显。通过扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)观察到产物表面有明显有序介孔存在,红外分析证明了其表面存在诸多活性基团。介孔碳纳米球成功负载阿霉素,载药率为38.2%,96 h后的药物释放率为58.5%。通过介孔碳材料与人成纤维细胞共培养以考察材料的生物相容性,利用吖啶橙(AO)染色观察细胞状态,采用MTT(3-(4,5-二甲基-2-噻唑)-2,5-二苯基溴化四氮唑噻唑蓝)法进行细胞增殖定量检测,结果表明:与介孔碳球共培养的细胞形态正常,结构完整,伪足清晰可辩,生长状况良好;共培养7 d后细胞存活率保持在80%以上,证明介孔碳纳米球有良好的生物相容性。

介孔碳纳米球在肿瘤诊疗中的研究进展

介孔碳纳米球作为三维碳基纳米材料,具有较好的生物相容性、高比表面积和可控介孔结构,成为药物、生物染料、光敏剂等的优良载体。近年来介孔碳纳米球的合成工艺和功能研究取得了重大进展,在肿瘤成像、药物的靶向递送和响应性释放、光学治疗、声动力学治疗和生物催化领域表现出应用潜力。本文对近期介孔碳纳米球在合成和肿瘤诊疗领域的发展进行综述,为介孔碳纳米球在肿瘤诊疗中的研究提供借鉴。

基于有序介孔碳的氯离子选择性电极的制备及其在手持传感系统中的应用

以有序介孔碳(OMC)球为离子-电子转换层,制备了固态氯离子选择性电极,构建了基于离子敏感的场效应晶体管(ISFET)的手持式传感系统,用于检测人体血清中的氯离子。优化了OMC前驱体的碳化温度,探究了OMC形貌结构对电极传感性能的影响;电极柔性化制备后考察了其在手持系统中对氯离子的检测效果。结果表明,最优条件下,电极在5.12×10^-4~1.02 mol/L的浓度范围呈现线性响应,响应斜率为60 mV/decade。该柔性电极在手持传感系统中展现出高灵敏度和重现性,可用于人体血清样品中氯离子的检测,其回收率为96.3%~104.9%。

核壳结构Ni_(2)P/C/Ni_(2)P的制备、表征及其电化学性能

以空心的介孔碳球(HMCSs)为载体,在其空腔内部及表面固载Ni(OH)_(2)纳米片,然后通过低温磷化过程,合成具有核壳结构的Ni_(2)P/C/Ni_(2)P复合物.该微观结构一方面具有大的比表面积,当其用作电极材料时,与电解液的接触面积增大,有利于锂离子的嵌入;另一方面其内部具有大的空腔,能够缓解其体积膨胀.此外,空心碳球能改善电极材料的导电性,从而提高其储锂性能.因此,Ni_(2)P/C/Ni_(2)P作为锂离子电池负极材料,在电流密度100 mA/g下,循环200圈后,其容量保持在465 mAh/g. Ni_(2)P/C/Ni_(2)P的制备方法为其他金属磷化物的制备及锂离子电池性能的提高提供了一个新的思路.

蛋黄-蛋壳结构MoS_2@C纳米复合材料的合成及其在锂离子电池中的应用

以空心介孔碳球(HMCS)为纳米反应容器,采用水热合成的方法,利用原位限域将花瓣状的MoS_2纳米片生长在空心介孔碳球内部,得到蛋黄/蛋壳结构MoS_2@C的纳米复合材料。这种蛋黄蛋壳结构MoS_2@C应用于锂离子电池负极材料时,表现出优异的循环稳定性和倍率性能。其大比表面积,丰富的嵌锂位点,多孔的碳壳和独特的结构使得蛋黄/蛋壳复合材料具有良好的导电性,且提供锂离子快速运输的通道。