基于锰、氯、氮共掺杂碳点的光学双模和智能手机成像检测Cr(Ⅵ)

六价铬[Cr(Ⅵ)]具有毒性和致癌性,严重威胁人类健康,因此开发快速、灵敏、精准检测Cr(Ⅳ)的方法具有重要意义。该研究以邻苯二胺、对氨基苯甲酸、氯化锰和浓盐酸为反应前体,通过一步水热法合成了锰、氯、氮共掺杂碳点(Mn,Cl,N-CDs)。Mn,Cl,N-CDs能发出明亮且稳定的红色荧光,荧光量子产率为5.3%。基于聚集诱导和动态猝灭效应,Cr(Ⅵ)可使Mn,Cl,N-CDs的荧光强度和吸光度发生显著变化,基于此,开发了荧光和比色双模传感器及智能手机成像法,实现了Cr(Ⅵ)的灵敏检测。荧光法和比色法检测Cr(Ⅵ)的线性范围分别为33.8~469.5µmol/L和2.4~80.7µmol/L,智能手机成像检测Cr(Ⅵ)的线性范围为20.0~160.0µmol/L(可见光辐照)和80.0~170.0µmol/L(紫外光辐照)。该文不仅成功构建了智能手机成像定量检测Cr(Ⅵ)的传感器,同时为基于碳量子点构筑智能、便携、可视化传感器提供了新思路。

铁氮共掺杂生物炭活化H_(2)O_(2)去除对硝基苯酚的研究

以自然界中广泛存在且廉价易得的松针作为生物炭的前驱体,采用高温热解法制备了铁掺杂生物炭(Fe-BC)和铁氮共掺杂生物炭(Fe-N1-BC、Fe-N2-BC和Fe-N3-BC),并将其用于活化H2O2去除水体中的对硝基苯酚(PNP)。考察了H2O2浓度、污染物质量浓度、材料投加质量浓度、初始pH以及温度等因素对PNP去除率的影响。结果表明,Fe-BC、Fe-N1-BC、Fe-N2-BC、Fe-N3-BC体系中·OH浓度为9.2、10.24、12.4、13.62μmol/L,PNP的去除率分别为45.36%、60%、75.98%和77.72%,体系的·OH浓度越高PNP的去除率也越高,Fe-N3-BC对PNP表现出最高的催化降解性能。对PNP去除的最佳影响因素为:H2O2浓度为0.15 mol/L、PNP质量浓度为10 mg/L、催化剂投加质量浓度为0.25 g/L、溶液初始pH=5.48和溶液温度为25℃。

铝氮共掺杂溴氧化铋光催化性能的研究

【目的】为解决有机染料行业所造成的水污染问题,降解有害物质罗丹明B(RhB),对铝氮共掺杂的溴氧化铋基光催化剂开展研究。【方法】采用水热合成法合成了一系列掺杂不同含量铝或氮或铝氮共掺杂的溴氧化铋(BiOBr)样品,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和紫外-可见光分光光度计(UV-vis)对其进行表征。在可见光照射下,光催化降解罗丹明B。【结果】结果表明,铝和氮单独掺杂或共掺杂均能提升BiOBr的光催化性能,且铝氮共掺杂时对光催化的提升效果基本介于铝和氮单独掺杂之间。【结论】铝和氮之间对光催化性能的提升并不是简单叠加,而是存在相互作用的关系,并据此推测掺杂氮元素可以减弱掺杂铝元素对BiOBr晶格的破坏作用。

铁氮共掺杂活性炭混合基质膜的制备及其水处理性能

传统膜分离过程存在选择性与渗透性的矛盾问题,无法有效去除尺寸小于膜孔的污染物。将铁氮共掺杂活性炭(FeNCs)填充入聚偏二氟乙烯(PVDF)基质中制得一种具有过硫酸氢盐(PMS)活化能力的混合基质膜(FeNCs@PVDF)。通过扫描电子显微镜、能谱分析、X射线衍射、拉曼等表征来测试膜的物理化学特性。以苯酚为目标污染物,考察了FeNCs@PVDF在PMS活化辅助下的水处理性能。结果表明,FeNCs@PVDF耦合PMS活化可以有效去除苯酚,且FeNCs填充度越高越有利于提高催化膜性能。FeNCs填充度为50%的FeNCs@PVDF对苯酚的去除率分别为单独PMS氧化以及单独膜分离的4.8和3.6倍。FeNCs@PVDF催化膜在较宽的pH范围(3~12)内均保持高性能。

硼氮共掺杂海藻酸钠基多孔炭及其快速高效储锌

近年来,锌离子电容器(ZIHCs)因其环境友好性和优异的电化学性能而备受关注。然而,ZIHCs的研究体系尚不成熟,为改善ZIHCs的储能动力学和循环稳定性等问题,亟需研发出低成本和高性能的碳基电极材料。本工作以海藻酸钠为碳前驱体,五硼酸铵为氮源和硼源,采用一步水热活化策略合成了氮/硼含量较高的分级多孔炭(NBSPC)。这种策略可以有效重塑炭的多孔结构,产生大量的活性位点,贡献额外的赝电容,从而提高其电化学性能。以NBSPC为正极构建了锌离子电容器,其在40 A g^(-1)的超高电流密度下,可以实现85.4 mAh g^(-1)优异的倍率性能,并在10 A g^(-1)的电流密度下可以稳定循环15000次,容量保持率高达94.5%。

生物质基铁/氮共掺杂多孔炭的制备及其活化过一硫酸盐催化降解罗丹明B

丝瓜络具有天然的三维多孔结构,是制备生物质基杂原子掺杂多孔炭的理想前体。本文以丝瓜络为碳源、尿素为氮源、九水硫酸铁为铁源,经简单的浸渍、高温炭化,成功制备了铁/氮共掺杂多孔炭(Fe@NC),通过SEM、XRD、BET和Raman等表征结果表明:制备的铁/氮共掺杂多孔炭保持了生物质前体的多孔结构,Fe/N共掺杂有利于提高碳材料的比表面积和缺陷程度。进一步研究发现所制备的Fe@NC作为催化剂可以活化过一硫酸盐(PMS),实现罗丹明B(RhB)的有效降解,详细考察了炭化温度、PMS浓度、多孔炭投加量、溶液初始pH、阴离子和腐殖酸对RhB去除率的影响。结果表明:在优化的条件下,Fe@NC-800/PMS体系在20min内对RhB去除率达到99.9%,其反应速率常数分别为Fe@C-800/PMS、NC-800/PMS和C-800/PMS反应体系的2.5倍、12.7倍和22.7倍。抑制实验和EPR分析结果表明,Fe@NC-800/PMS体系中的主要活性物种为SO_(4)^(·-)、·OH和^(1)O_(2),RhB的降解是通过自由基和非自由基途径协同作用实现的。此外,循环实验表明Fe@NC-800具有良好的重复利用性,且能够有效抑制金属浸出。

铁氮共掺杂生物炭催化过硫酸盐非均相深度处理造纸废水

本研究以麦草秸秆为原料,通过水合热解法制备铁氮共掺杂生物炭(Fe-NBC),将其作为催化剂应用于过硫酸盐非均相高级氧化反应体系,处理造纸废水二沉池出水。结果表明,Fe-NBC表面孔隙丰富,在热解过程中生成石墨C、Fe、Fe-N和Fe-C;同时生成吡啶N、石墨N和吡咯N等,能够高效催化过硫酸盐产生氧化自由基,有效降低废水生化出水的COD浓度。在过硫酸盐用量4 mmol/L及FeNBC用量0.4 g/L、催化降解120 min时,COD_(Cr)从(123±1) mg/L降至(58±1) mg/L,去除率为52%。FeNBC经4次处理回用后,催化活性变化不大,仍保持对COD较高的去除率。

硫、氮共掺杂三维石墨烯的全固态超级电容器

石墨烯以其超高导电性和超大比表面的独特优势常被应用于对称超级电容器的电极材料,然而二维石墨烯纳米片层间的范德华力容易导致片层堆叠。并且水溶液作为电解质组装的超级电容器在充电过程中可能发生水分解反应导致充电电压受限从而极大地降低它的能量密度。基于此,本研究采用水热法制备了硫、氮共掺杂的三维石墨烯气凝胶电极材料,研究了石墨烯材料的微观形貌、表面化学性质及水热反应时间对材料电化学性能的影响。结果表明:S,N-rGO-2具有发达的孔结构和高含量的杂原子。在5mV/s的扫描速率下比电容高达358.5F/g,使用固态电解质组装的全固态超级电容器充电电压可以达到1.8V,在1A/g的电流密度下比电容高达118.3F/g,能量密度达到14.9Wh/kg,并且10000次充/放电后的比电容保留率和库仑效率均接近100%。S,N-rGO-2表现出优异的双电层电容性能,可作为有潜力的超级电容器电极材料。

铁氮共掺杂介孔碳材料的简易制备及其氧还原反应催化性能

氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程,其自发反应进程缓慢,对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题,因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MC_(M)),再把获得的MC_(M)与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC_(MT))。该方法热解条件简单,无需模板剂和NH_(3)、HF等有毒物质。由于MC_(M)含有较高的氮和氧元素,有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力,通过MCM和铁盐制备出的Fe-N/MCMT含有丰富的、催化ORR的Fe-N_(x)活性位点,其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V(vs RHE),比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16 mV。氧还原反应按照反应过程分为二电子过程和四电子过程,Fe-N/MC_(MT)和Pt/C的转移电子数分别为3.77和3.91,表明具有四电子反应过程。

铁、氮共掺杂二氧化钛粉末的制备及光催化活性

由于TiO2具有催化活性高、价廉、耐腐蚀性强、无污染等一系列优点．近年来TiO2光催化技术成为研究热点。但由于TiO2带隙较宽（Eg=3．0-3．2eV），只能被400nm以下紫外光激发．不能充分利用太阳能．且光催化反应效率不高。限制了其现实应用。为了克服这些缺点．延伸TiO2在可见光区的响应，提高光催化反应效率，很多研究者做了TiO2的改性研究。其中主要方法有：贵金属修饰、半导体复合、染料敏化和金属离子掺杂等。2001年Asahi等发现氮掺杂能减小TiO2禁带宽度，提高其在可见光区的光学活性。在此之后又相继出现碳、硼、硫、氟等非金属元素掺杂可以使TiO2在可见光区出现一定光催化性能的报道。

原位碳、氮共掺杂二氧化钛空心球的制备与可见光光催化性能

在H2O2-HF的乙醇-水混合溶液中,通过水热处理碳氮化钛(TiCN)制备了碳、氮共掺杂TiO2空心球(CNTH).用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品.在可见光(λ≥400nm)照射下,通过降解甲基蓝检测了碳、氮共掺杂TiO2空心球的光催化活性.结果表明,源于TiCN中的部分碳和氮原子原位掺入了TiO2的晶格中,部分碳掺入TiO2点阵的间隙中.该材料在整个可见光区展示了增强的可见光吸收,其带边明显红移.光催化研究表明在强可见光吸收和独特的空心球结构的协同作用下,碳、氮共掺杂TiO2空心球展示了比P25更高的可见光光催化活性.

铁、氮共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜,将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理,形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜.通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析,研究了铁、氮掺杂浓度,热处理温度,膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响.结果表明,Fe/N-TiO2(0.5%Fe,摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能,在可见光下优势尤为明显.铁掺杂主要作用是降低电子和空(的复合几率,氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收,两种效应相互结合,共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.

铍、氮共掺杂TiO2的制备及其可见光下光解水制氢性能研究

通过煅烧硫酸钛与氨水水解沉淀物制备氮掺杂TiO2(N-TiO2),用浸渍法制备了铍、氮共掺杂TiO2光催化剂(Be-N-TiO2)。通过可见光光还原沉积法载铂,以可见光(λ≥420nm)光催化制氢为探针反应考察了催化剂的活性,发现当煅烧温度为300℃,Be2+的掺杂量为1.5%(原子分数)时,制备的Pt/Be-N-TiO2制H2活性最高。通过XRD、DRS、FT-IR等手段对掺杂催化剂进行了表征,N掺杂可在TiO2中形成O—Ti—N键,使其具有可见光吸收能力;掺入Be2+可以有效的分离光生电子和空穴,减少了两者的复合,同时能够消除由于氮掺杂引入的氧空位,使共掺杂催化剂相对于单一的N-TiO2具有较高的可见光制H2活性。

铁、氮共掺杂二氧化钛的水热法合成及其光催化性能研究

为了研制分解汽车尾气路面TiO_2涂层,以钛酸丁酯为Ti源、硝酸铁为Fe源,尿素为N源,采用水热法合成了Fe-N共掺杂TiO_2((Fe,N)-TiO_2)纳米粉体。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见光谱仪等对样品进行了表征。结果表明合成的(Fe,N)-TiO_2样品均为锐钛矿晶型,样品的平均粒径大小约为7.2nm。Fe、N共掺杂对TiO_2的晶体结构没有明显影响,Fe和N离子都已经进入TiO_2晶格。相对于纯TiO_2而言,随着Fe和N离子的掺入,(Fe,N)-TiO_2样品在可见光范围内吸光强度明显增强,光吸收带边发生红移。以可见光光催化降解亚甲基蓝(MB)研究了样品的光催化性能,(Fe,N)-TiO_2对MB的降解能力较纯TiO_2和N-TiO_2有明显提高,说明Fe和N离子共掺杂会产生协同效应,使(Fe,N)-TiO_2样品在可见光区域的光催化活性得到显著提高。

热处理温度对沥青基硼氮共掺杂多孔炭结构与电化学性能的影响

以煤液化沥青质为碳源、硝酸为氮源、硼酸为硼源和造孔剂制备硼氮共掺杂多孔炭,研究了热处理温度对其孔结构和表面性质的影响,测试了产品作为超级电容器电极材料的性能.用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附、元素分析、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学工作站等对材料的结构、组成及电化学性能进行了表征.结果表明:随着热处理温度的升高,产品的石墨化程度逐渐升高;比表面积、总孔容呈先增加后减小的趋势;氮含量随着热处理温度的升高逐渐降低,而硼含量则随着热处理温度的升高逐渐增加;材料的比电容随着热处理温度的升高先逐渐增加后减小.其中900°C热处理的样品比表面积达到1103 m2·g-1,总孔容为0.921 cm3·g-1,氮含量为5.256%(w),硼含量为1.703%(w),在6 mol·L-1KOH电解液中当电流密度为100 mA·g-1时质量比电容为349 F·g-1;而经过1000°C热处理的样品表现出最好的倍率特性,电流密度从100 mA·g-1增加到10A·g-1时比电容保持率为75%.

钒-氮共掺杂TiO_2光催化降解苯酚试验研究

采用溶胶-凝胶法制备了钒-氮共掺杂TiO2光催化剂,对苯酚溶液进行了光催化降解试验研究,考察了在模拟太阳光条件下,pH、曝气量、苯酚溶液初始和催化剂投加量对钒-氮共掺杂TiO2光催化剂降解苯酚溶液的影响。结果表明,在试验条件下,以800 W氙灯为光源,反应溶液pH=6,曝气体积流量75 mL/min,苯酚溶液初始质量浓度小于80mg/L,催化剂投加量1.5 g/L时,苯酚溶液降解率最高;钒-氮共掺杂TiO2光催化剂重复使用7次后,对苯酚的光催化活性没有明显下降,具有良好的重复使用性。可为钒-氮共掺杂TiO2的应用推广提供依据。

钴氮共掺杂TiO_2的制备及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料,采用沉淀-浸渍法制备了N和Co共掺杂纳米光催化剂Co/N/TiO_2。采用紫外-可见漫反射、X射线衍射和透射电子显微镜等技术对催化剂的吸光性能、结晶形态和粒径进行了表征。以活性艳蓝X-BR溶液为光降解模型,评价了Co/N/TiO_2的可见光催化活性,并与AEROXIDE TiO_2 P25的性能进行了对比。实验结果表明,在n(Co):n(N):n(Ti)=0.16:0.2:1、煅烧温度400℃、煅烧时间2.5 h的最优条件下制备的Co/N/TiO_2为单一的锐钛矿相,平均粒径为11.1 nm,比表面积为140.77 m^2/g;且Co/N/TiO_2的吸收边红移现象显著,吸收可见光的性能强,具有良好的可见光催化活性,在纯粹可见光(波长大于400 nm)下对活性艳蓝X-BR溶液的降解率达到87.50%。

弱酸性染料的铁氮共掺杂纳米TiO_2光催化降解

以硝酸铁为铁源、尿素为氮源、钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备铁氮共掺杂纳米TiO2光催化剂(Fe—N—TiO2)。利用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis),表征分析所制备的Fe—N—TiO2光催化剂的晶体结构和光谱性质;以弱酸性红RN染料为目标降解物,研究测试其可见光催化性能。结果表明,所制备的Fe—N—TiO2光催化剂为锐钛矿相,平均粒径为17.1 nm;其吸收边带红移至528 nm,禁带宽度为2.35 eV。在300 W金卤灯照射下,光催化反应240 min,0.12 g Fe—N—TiO2光催化剂对100mL质量浓度为5mg/L、染液初始pH值为5的弱酸性红RN染料的降解率达97.28%。

铁氮共掺杂制备TiO_2及其蓝光下的光催化性能

用硝酸铁和盐酸羟胺分别作Fe源和N源,在TiO2溶胶中同时引入Fe和N,一步合成得到Fe、N共掺杂的纳米TiO2粉末。用XRD等技术研究了焙烧温度和N源量对其晶相结构的影响,并用低功率蓝光LED作光源测试其光催化性能。结果表明,400℃焙烧的Fe、N共掺杂TiO2粉末具有最好的催化性能,2h内对若丹明B的降解率达68.0%。增加N源量,有利于Fe在TiO2晶格中扩散,减小晶粒度;Fe、N共掺杂对TiO2的催化性能具有协同作用,其催化能力明显优于单掺杂样品;降解机理可能与紫外光源有所不同。

高活性碳氮共掺杂二氧化钛纳米线的制备与应用

一维纳米线(尤其是非金属掺杂的一维纳米线)具有电荷移动速度快和载流子复合率低的特点,其在温和条件下的制备备受关注.以硫酸钛为钛源、异丙醇为保护剂水热法制备了碳掺杂及碳氮共掺杂两种Ti O2纳米线,并进行了XRD、SEM、HRTEM、SAED、XPS、BET和UV-Vis等表征.结果表明,经500℃煅烧得到的碳氮共掺杂Ti O2纳米线含有Ti O2(B)和锐钛矿相,并在600℃时完全转变为锐钛矿相;在可见光激发下,相比于碳氮共掺杂纳米颗粒和碳掺杂纳米线,制备的碳氮共掺杂纳米线对阿特拉津的降解效果更好.原因在于:其一,碳和氮的引入有缩短催化剂价带、有效分离光生电子空穴和增加光生电子等作用;其二,600℃以上煅烧能延长锐钛矿到金红石的转化温度,避免产生催化活性低的金红石相.