铁/钴氮氟掺杂二氧化钛膜的制备研究

通过溶胶-凝胶法制备Fe,N,F-TiO2膜和Co,N,F-TiO2膜的光催化剂,以亚甲基蓝为模型污染物,探讨了制备两种膜的最佳煅烧温度、镀膜层数和铁/钴掺杂量。结果表明,当煅烧温度400℃,镀膜层数4层,Fe/Ti=0.05%,Co/Ti=0.02%时,得到的Fe,N,F-TiO2膜和Co,N,F-TiO2膜的可见光催化活性最高。其中Fe,N,F-TiO2膜的光催化活性要略优于Co,N,F-TiO2膜。

多孔氮氟共掺杂碳气凝胶的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池以其超高的理论能量密度,已成为最具发展潜力的新一代电化学储能技术,但硫正极存在电导率低、体积膨胀、多硫化物穿梭效应等技术瓶颈问题,制约了其实际应用。通过甲醛和3-氨丙基三乙氧基硅烷的醛胺缩合和溶胶-凝胶化反应合成了席夫碱二氧化硅凝胶,经与聚四氟乙烯乳液冷冻干燥、热处理同步刻蚀二氧化硅以及碳化制备了多孔氮氟共掺杂碳气凝胶(NF-CA)。以NF-CA为载体制备的NF-CA/S正极材料表现出优异的循环性能和倍率性能,0.2 C循环初始放电比容量高达1322 mA∙h/g,1 C循环200圈可逆比容量可保持564 mA∙h/g,2C倍率下可逆比容量高达598mA∙h/g。

氮氟掺杂二氧化钛(N,F-TiO_2)的制备及可见光催化活性的研究

以氨水为氮源,氢氟酸为氟源,采用溶胶-凝胶法制备了氮氟掺杂二氧化钛(N,F-TiO2)光催化剂,并通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对其晶型和形态进行表征.最后以酸性红B为模型污染物,探讨了N和F加入量、焙烧温度、焙烧时间、照射时间、催化剂用量、溶液初始浓度和照射功率等因素对N,F-TiO2可见光催化活性的影响.结果表明,制备的N,F-TiO2以锐钛型为主,N和F的掺杂对TiO2的晶相没有明显改变,但可以扩大TiO2的可见光响应范围.当N和F的加入量均为2.0%,且在500℃下焙烧40 min时,得到的N,F-TiO2的可见光催化活性明显高于单N或单F掺杂的TiO2(N-TiO2或F-TiO2).对于50 mL浓度为10.0 mg·L-1的酸性红B溶液,当催化剂加入量为1.5 g·L-1,128W光照3.0 h,溶液pH=5.6时,去除率为85.40%.适当延长光照时间至4.0 h,降解率几乎可达100%.另外,研究还证明了N,F-TiO2催化可见光降解过程中有.OH自由基生成.

氮氟与铕共掺杂纳米TiO_2催化剂的制备及可见光催化性能研究

以氟化铵、硝酸铕和钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-水热法制备出N、F和Eu^(3+)共掺杂可见光响应纳米TiO_2催化剂。通过X射线衍射(XRD)对其晶型和形态进行表征,催化剂呈锐钛矿型TiO_2纳米晶体,且N、F和Eu^(3+)的共掺杂有效抑制了纳米颗粒的增长。研究发现,当氮氟掺杂量为4.0%,铕为1.0%,煅烧温度为400℃时,纳米催化剂可见光催化性能最好。在催化剂用量为1.5 g/L,溶液pH值为2.45,苯酚初始浓度为40 mg/L条件下,氙灯模拟可见光照射2 h,苯酚的降解率接近100%。非金属N、F和金属Eu^(3+)的共掺杂,能有效提高TiO_2纳米粉体光催化活性。

氮氟双掺杂TiO_2纳米管的制备、表征和光催化性能研究——暑期科研训练实验实例

在南开大学化学学院本科生的暑期科研训练中,开展"氮氟双掺杂TiO_2纳米管的制备、表征和光催化性能研究"综合实验,以水热法制备的钛酸纳米管为前驱体,通过含氟化铵的钛溶胶对纳米管进行浸渍修饰,制备氮氟双掺杂的TiO_2纳米管,采用透射电镜、X射线衍射、TG-DTA、XPS、紫外漫反射等手段表征所得材料,以甲基橙溶液模拟有机废水,研究催化剂在紫外及模拟日光下的催化降解性能。通过贴近科研前沿的实验内容,对学生进行系统的初步科研培训,培养学生的综合科研能力。

氟氮掺杂的有序介孔碳材料合成实验研究

采用硬模板法,使用价格低廉的间苯二酚作为炭前驱体,采用氟化铵作为氟氮来源,合成氟氮掺杂的有序介孔碳(F-N-OMC)。在1 000℃时制备的氟氮掺杂的有序介孔碳材料中,大量的氟氮原子(F原子数分数为0.35%,N为2.25%)均匀注入到高表面积的石墨化碳基体(671.3cm^2/g)和有序介孔通道内(6.2nm)。碳骨架内的氟氮原子的合成效果可以显著地极化相邻碳原子,并推动由缺陷引发的氧还原反应活性部位的形成。这将有助于氧还原反应性能的提高,因此氟氮掺杂的介孔碳材料有望成为高效的氧还原反应催化剂。

蚕茧衍生的氮氟共掺杂碳基催化剂在碱性介质中的氧还原电催化性能的研究(英文)

本文通过水热预处理,利用热解工艺从蚕茧中成功地制备了一种高性能的掺杂碳基催化剂.研究了制备条件及氟原子掺杂对催化剂性能的影响.在最优化条件下制备出的氮氟共掺杂碳基催化剂具有超过1000 m^2·g^(-1)的比表面积,N元素和F元素含量可达3.5%及7.3%.在碱性条件下,所制备的催化剂具有可与商业铂碳催化剂相媲美的氧还原催化活性,同时展示出优异的抗甲醇中毒性能及稳定性.F原子的掺杂对催化剂性能的提高效果显著.

氮氟共掺杂荧光碳点的制备及其在核黄素检测中的应用

以柠檬酸、L-赖氨酸和氟化钠为原料,利用水热法制备了具有明亮蓝色荧光的氮氟共掺杂碳点(NFCDs),通过透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光光谱对合成的NFCDs进行表征,并基于核黄素与NFCDs之间的荧光共振能量转移构建了NFCDs荧光探针用于核黄素的检测。在优化实验条件下,该方法对核黄素的线性范围为3.0~66.5μmol/L,检出限为0.26μmol/L,将其用于牛奶和奶粉中核黄素的测定,回收率为96.7%~103%。经MTT法测定NFCDs对HeLa细胞为低毒性,并成功用于细胞中核黄素的检测。

氮氟共掺杂多孔碳作为微生物燃料电池阴极催化剂的性能研究

微生物燃料电池(MFCs)是一种通过微生物的代谢作用将废水中有机物蕴含的化学能直接转化为电能的绿色技术。以合成低成本、高活性的阴极催化剂为目标,利用废弃生物质为碳源,以氟化铵为氮、氟源,以KOH为活化剂,制备出氮氟共掺杂的无金属多孔碳催化剂,从而提高MFCs阴极的氧还原反应(ORR)活性。在KOH∶C=2∶1时,所得碳材料的比表面积为648.7 m^2/g;当其作为MFCs阴极催化剂时,最大功率密度可达到1 002.8 mW/m^2,电子转移内阻为26Ω,性能均优于商业Pt/C。结果说明所得碳材料的ORR催化性能良好、所用原料环境友好,为实现MFCs阴极催化剂的低成本制备提供新的参考。

氟氮共掺杂磁性ZnFe_2O_4@C@TiO_2的制备与光催化性能

文章以ZnFe_2O_4@C为内核,采用溶胶凝胶法制备了氟氮共掺杂的磁性纳米复合光催化剂ZnFe_2O_4@C@TiO_2-F,N(ZCT-FN)。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、场发射透射电子显微镜(field emission transmission electron microscope,FETEM)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等对催化剂进行表征,在紫外-可见光下降解甲基橙(MO)探究其催化活性。结果表明,所制备的三元复合催化剂ZCT-FN具有核壳结构,粒径为1.1μm左右;中间碳层厚度为5~10nm,有效地避免了光溶解现象的发生;外壳层TiO_2为锐钛矿相,厚度为200~450nm。当氟钛摩尔比为0.1、焙烧时间为5h时所制备的催化剂活性较好,在紫外光下照射210min、可见光下照射90min对MO的降解率均能达到100%。F、N共掺杂导致ZCT-FN的紫外-可见光催化活性大大提高,5次循环使用后,在紫外-可见光下ZCT-FN对MO的降解率仍保持有90%。

氟氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其储钾性能研究

钾离子电容器是一种新型的电化学储能器件,碳基材料被认为是最有前途的储钾候选材料之一.然而,K+半径较大使得迁移速率缓慢,脱嵌过程中材料的结构易破坏,导致性能显著下降.因此,开发出低成本的碳材料来适应K+扩散的热力学与动力学需求,已成为当前发展的瓶颈.煤沥青是煤焦油经蒸馏提取液体馏分后得到的残余物,它的组成主要为稠环芳烃,具有高的含碳量、可塑性好、资源集中、价格低廉等显著优点,是一种优质的碳基材料前驱体.鉴于此,本工作采用煤沥青作为碳源、聚四氟乙烯为氟源,氯化钠为模板剂,通过直接高温碳化的策略制备了氟氮共掺杂的多孔碳纳米片(FNCPC).研究表明,纳米片层的结构设计有效缩短了离子的传输路径,F、N共掺杂拓宽了碳的层间距,缓解了体积膨胀问题,并且形成更多的表面缺陷,可为K+的存储提供更多的反应活性位点.此外,电化学动力学分析和密度泛函理论(DFT)表明,FNCPC具备显著的赝电容特性和强的对K吸附能.得益于结构和化学性质的协同优化,FNCPC负极展现出优异的储钾能力(2 A·g^(-1)电流密度下具有212.8 mAh·g^(-1)的比容量)和循环稳定性.进一步将商业化活性炭(AC)为正极,FNCPC为负极构筑了钾离子电容器(AC//FNCPC),该器件能实现最大的能量密度为87.5 Wh·kg^(-1),并且在循环3000次后具有86.1%的容量保持率,展现出广阔的应用前景.

氟氮共掺杂二氧化钛/还原氧化石墨稀复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

以氧化石墨烯（GO）、TiO2、尿素、NH4F 和 Vc 为原料，采用水热法制备氟氮共掺杂二氧化钛/还原氧化石墨烯复合光催化剂（F-N-TiO2/rGO）。对制备的 F-N-TiO2/rGO 样品的相组成、结构、形貌和光谱性质进行分析表征。结果表明：F、N共掺杂的 TiO2仍为锐钛矿晶型，呈纳米颗粒状均匀分布在片状还原氧化石墨烯表面；增强了对400~800 nm 可见光的吸收，且吸收边发生明显的红移；同时 C—Ti 共价键的形成使石墨烯与 TiO2紧密结合，提高了界面电荷传输效率使光生电子有效分离，使得 F-N-TiO2/rGO 的催化活性大大增强，可见光下对甲基橙（MO）的降解速率达1.17 mg/（h·g），是商品 P25的2.8倍。