基于氮掺杂介孔碳修饰玻碳微球糊电极的双酚A电化学传感器的构建及性能研究

制备了一种由氮掺杂介孔碳修饰的玻碳微球糊电极,用于双酚A的灵敏、快速检测。利用循环伏安法对修饰电极进行了表征,采用方波伏安法研究了双酚A在修饰电极上的电化学行为;根据不同扫速下峰电流与扫速的关系讨论了双酚A在电极表面的反应过程。在最优的实验条件下,双酚A的响应电流与浓度在0.3~2μM和2~30μM范围内时呈线性关系,检测限是0.01μM(S/N=3)。该方法具有良好的重现性和抗干扰性,可用于实际样品的检测,样品回收率为97.5%~101.5%。

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%。

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。

介孔立方ZrO_2微球中花生样纳米晶粒的大小

采用新颖的准气相反应法、经600～800℃煅烧后,制备出了具有均匀介孔显微结构和花生样纳米晶粒的立方ZrO_2微球。通过计算和TEM检测对介孔微球中花生样纳米晶粒的大小进行了表征。结果表明:尽管在600℃时晶粒大小的计算值与TEM表征值并不十分吻合,但计算的晶粒大小仍然是可信的;而且将计算的晶粒大小与TEM表征结果相结合能够更全面、准确地评价晶粒的大小,形貌和聚集状态。

介孔二氧化硅微球的扩孔及组装磁性纳米铁粒子

以十六胺为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源合成孔径约3nm的多孔球形结构介孔二氧化硅(MS)材料.为满足组装磁性纳米粒子所需的孔径要求,提出了一种可较大程度扩大孔径的方法-复盐浸渍法,用多组分盐溶液(NaC1:LiCl:KNO3=4:1:1,ω)浸渍MS微球,然后在300℃加热2h,扩大MS孔径,扩孔后的MS微球孔径在10nm左右.采用电化学方法在MS介孔内合成Fe纳米粒子,并在H2气氛下加热还原得到Fe/SiO2磁性复合微球,制备出的磁性复合微球孔道内均匀地分布着Fe粒子.

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。

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。

功能介孔碳纳米球的合成与应用研究进展

在过去的十几年里,人们在介孔碳纳米球的合成方法、组装机理、结构表征、功能化和应用等方面做了大量的研究工作。本文综述了制备介孔碳纳米球的主要方法,包括"硬"模板法、"软"模板法和其他合成方法。另外,也介绍了介孔碳纳米球的主要应用,包括吸附分离、催化、能源储存和生物医学。总结了介孔碳纳米球的功能化方式,如杂原子掺杂、纳米颗粒复合、表面修饰等。其优异的应用性能归结为规整的几何形貌、良好的流动性、优异的物理化学性质、可调节的孔径以及可控的粒径分布等。最后,提出了未来介孔碳纳米球的设计合成和应用面临的机遇与挑战。

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。

间苯二酚/三聚氰胺树脂基介孔碳纳米球的制备及其超级电容器性能

采用间苯二酚、三聚氰胺和甲醛为原料,嵌段共聚物F127为组装剂,在水热条件下进行聚合和组装制备了具有纺锤体形貌的树脂纳米材料,将其进行热处理制备了介孔碳纳米材料并研究了其超级电容器性能。介孔碳纳米球具有相对宽的孔径分布,比表面积可达676 m^(2)·g^(-1)。在电流密度为0.1 A·g^(-1)时,碳纳米材料的比电容为236 F·g-1。且在0.1~1 A·g^(-1)的电流密度下,电容的保持率为79%,该介孔碳纳米材料在超级电容器上具有很好的应用前景。

磁性介孔碳微球的制备及其对红霉素的吸附性能研究

构建了一种在磁性纳米颗粒表面包覆介孔碳层的制备方法。探究了2种硅前驱体四乙氧基硅烷(TEOS)和四丙氧基硅烷(TPOS)造孔剂对碳层表面孔结构的影响,同时研究了在碳微球制备过程中硅前驱体引入方式对碳层孔结构形成的影响。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、全孔分析等手段对材料的组成、形貌、比表面和孔结构进行表征。结果表明,采用TEOS和TPOS造孔剂,碳微球的比表面积较硅前驱体引入前有显著提高,在选定实验条件下比表面积可提高1. 5倍;同时丰富了介孔结构,介孔孔容占比由引入前的18%提高至90%以上。考察了该材料对抗生素红霉素的吸附性能,硅前驱体引入后的磁性介孔碳微球的吸附量提高3. 1~5. 5倍。

介孔空心碳纳米球的制备及其超电性能

采用简化的硬模板法将正硅酸四乙酯、间苯二酚和甲醛溶液均匀混合,通过将模板制备和材料包覆过程合二为一来制备介孔空心碳纳米球。利用SEM、TEM、XRD和Raman等对介孔空心碳纳米球的结构和形貌进行表征和分析,并通过CV曲线、GCD曲线和循环稳定性曲线等对其进行电化学性能分析。结果表明:介孔空心碳纳米球具有丰富的孔道结构和大比表面积,在超级电容器应用中表现出优异的超电性能;在电流密度为1 A/g时,比电容为240 F/g,在经历10000次循环后材料比电容还保持93.75%。这些良好的性能都显示了介孔空心碳纳米球作为超级电容器电极材料具有较好的储能应用潜力。

介孔SiO_2纳米微球的生物相容性研究进展

介孔SiO2纳米微球(MSNs)具有良好的理化性能,在疾病诊治方面具有广阔的应用前景,但若要成功应用于人体,需要完善其生物相容性研究。MSNs对于细胞的毒性与MSNs能否被摄取进入细胞,以及进入细胞的量有关,并取决于细胞的类型和MSNs本身的性状。通过一系列物理和化学方法的改进,可以明显改善MSNs的血液相容性,降低溶血作用。介孔SiO2纳米微球经静脉注射后分布于动物的肝脏、脾脏、肾脏、心脏、肠胃、肌肉和肺脏,其毒性作用与浓度有关;MSNs作为一种异物进入体内后可能会诱发机体产生一定程度的超敏反应。介孔SiO2纳米微球具有较好的生物相容性,但其采用何种方式应用仍需进一步研究。

介孔锡碳复合微球负极材料的原位合成及锂电性能

以五水四氯化锡为锡源,以间苯二酚和甲醛为碳源,采用简单的水热-碳热还原法对其进行原位合成,通过水解-聚合-原位包覆复合,再经高温碳化后成功制备含有介孔结构的Sn@C复合微球材料。结果表明,该Sn@C复合微球材料直径约为1.5μm,分布在碳基体上的Sn颗粒最小约3nm,最大可达20nm;其比表面积为401m2g^(-1),最可几孔径为3.8nm;其首次放电比容量为1237m Ah g^(-1),循环30次后,比容量为470m Ah g^(-1),经过50m A g^(-1)、100m A g^(-1)、200m A g^(-1)、1000m A g^(-1)大电流密度下各循环10次后,放电比容量仍有255m Ah g^(-1),再次返回到50m A g^(-1)时又增至431m Ah g^(-1)。与以二氧化锡为锡源进行简单混合再碳热还原的锡碳复合材料相比,该Sn@C复合微球材料不仅表现出较高的放电比容量,同时也具有较好的循环稳定性能。

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.

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%。

蛋黄-壳介孔磁性炭微球的制备及其对红霉素的高效吸附

以溶剂热法制得的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒为磁核,正硅酸四乙酯(TEOS)为造孔前体,间苯二酚-甲醛树脂(RF)为碳源,一步法制备蛋黄-壳介孔磁性炭微球(Fe_(3)O_(4)@C),并将其作为吸附剂用于去除水中的红霉素。采用TEM、XRD、FTIR、BET和VSM对Fe_(3)O_(4)@C进行表征。结果表明,Fe_(3)O_(4)@C核壳之间具有大空腔,比表面积为444m^(2)/g,平均孔径为7.7nm,具有超顺磁性。通过静态吸附实验研究了Fe_(3)O_(4)@C对红霉素的吸附平衡和速率,并确定了优化的操作条件。结果表明,在吸附剂投加量为1.0g/L、初始红霉素浓度为300mg/L、pH为10的优化条件下,Fe_(3)O_(4)@C对红霉素的吸附量为210mg/g。Fe_(3)O_(4)@C对红霉素的吸附过程是自发的、吸热的和不可逆的,遵循准二级动力学和Langmuir等温线模型。经3次循环再生后,Fe_(3)O_(4)@C吸附量仍能维持在初始吸附量的86%以上。

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.

纳米介孔碳与纳米介孔二氧化硅的复配体系作为润滑油添加剂的摩擦学性能

用均匀设计法将纳米介孔碳与纳米介孔二氧化硅进行复配,利用四球摩擦试验机对复配剂摩擦学性能进行测试。发现复配体系能较好地改善润滑油的抗磨减摩性能;复配体系中纳米介孔碳和介孔二氧化硅均能发挥各自优势,分别改善润滑油的极压性能和减摩性能。

介孔二氧化钛微球的制备

以F127(PEO_(106)PPO_(70)PEO_(106))为模板剂,甲酸,质量分数为36%的盐酸,钛酸四丁酯为前驱体,通过溶剂挥发法制备了TiO_2纳米粒子。对纳米粒子的晶型、形貌以及孔径尺寸等进行了表征。结果表明,制备的TiO_2为锐钛矿型,具有介孔的球型结构,微球直径20~40nm,分散性良好,而且随着模板剂F127的用量增加,其孔径和比表面积都有所增加;当F127、甲酸、盐酸和TBOT用量分别是2.0g、1.97、2.03和3.40mL时,制备的介孔TiO_2纳米微球的平均孔径达12.94nm,比表面积达100.03m^2/g。