掺氮碳纳米管的结构、制备及其催化应用

将氮原子掺入到碳纳米管的晶格中,使碳纳米管表面碱性增强,从而改变了碳纳米管表面的吸附性能;掺杂在碳纳米管晶格中的氮原子的高电子云密度还导致碳纳米管在电子、材料和催化方面具有独特的性能。介绍了掺氮碳纳米管结构特征和制备方法,综述了近年来在催化中的应用。

固相法合成氮掺杂碳纳米管及其二氧化碳吸附性能研究

以二乙烯苯（DVB）和1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐（EVBIm]Br）共聚物为原料，铁氰化钾为催化剂前驱体，在600-1000℃下固相碳化制备了掺氮纳米碳管（NCNT）块体。利用SEM、TEM、Raman、XPS、物理吸附等对样品进行了表征。采用KOH在600-800℃下对NCNT进行活化，发现处理温度和时间是影响其孔结构的关键因素。CO2吸附实验表明，单位孔容的微孔吸附量与碳材料表面氮含量之间存在明显的线性关系。

FeCo/NCNTs复合材料的制备及其电催化性能的研究

采用高温热解法成功制备了掺氮碳纳米管包覆FeCo合金颗粒的催化剂FeCo/NCNTs-3∶1。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征与分析,并对其进行电化学测试。结果表明,该催化剂为中空竹节状碳纳米管结构,利于O2输送、电解液扩散和电子传递;催化剂中FeCo合金的形成利于提高催化速率;催化剂中含有丰富的Fe/Co-N-C活性位点,利于促进催化反应;FeCo/NCNTs-3∶1对于氧还原反应(ORR)性能的半波电位为0.84 V;对于氧析出反应(OER),在10 mA/cm^(2)电流密度下对应的电位为1.652 V;以其为空气阴极的锌空气电池,开路电压为1.49 V,功率密度为142.41 mW/cm^(2)。