锂-氧电池用石墨烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究

为有效提升锂氧电池的电化学性能,以钴铝复合金属氢氧化物(Co Al-LDH)作为催化剂,研究其对锂空气电池性能的影响.采用工艺简单、成本低廉的共沉淀法将其与石墨烯复合后,制备出r GO/Co Al-LDH纳米复合材料,并将其应用于锂氧电池.采用X射线衍射、拉曼光谱、同步热分析和扫描电镜对材料结构进行表征,利用恒流充放电测试、交流阻抗测试(EIS)和线性伏安扫描(LSV)对电池电化学性能进行表征.研究结果表明:制备得到的纳米复合材料可明显提升氧还原反应(ORR)的催化活性,首次放电容量达到2 662 m A·h·g^(-1),与单纯石墨烯相比提高了51.5%,同时充电电位降低了430 m V.循环过程中电池库伦效率较高,电池循环性能得到显著改善.

石墨烯纳米筛负载钴铁双金属层状氢氧化物的制备及其在重金属离子电化学传感中的应用

本文采用自组装-碳热造孔-刻蚀的方法将钴铁双金属层状氢氧化物(Co_(3)FeLDH)与石墨烯纳米筛(HG)复合,进而制备了基于Co_(3)FeLDH/HG复合材料的电化学传感器,用于同时检测水中Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)。由于HG的高比表面积、多孔性和良好的导电性,以及Co_(3)FeLDH阵列结构对重金属离子的强亲和性,所制备传感器表现出良好的分析性能。实验结果显示,Pb^(2+)与Cd^(2+)的峰电流与浓度在1~1500μg·L^(-1)、Zn^(2+)峰电流与浓度在5~1800μg·L^(-1)范围线性关系良好,方法对Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的检测限分别达2.41 nmol·L^(-1)、4.45 nmol·L^(-1)和15.38 nmol·L^(-1),大大低于世界卫生组织(WHO)允许的生活水中3μg·L^(-1)(27 nmol·L^(-1))、10μg·L^(-1)(48 nmol·L^(-1))和1 mg·L^(-1)(33 mmol·L^(-1))的阈值。所制备的电化学传感器具有良好的稳定性和重现性,在环境分析检测方面具有良好的应用前景。

层状双金属氢氧化物/石墨烯复合材料及其在电化学能量存储与转换中的应用

高效的电化学能量存储与转换功能材料及其器件近年来受到了人们的广泛关注。层状双金属氢氧化物/石墨烯(LDH/G)复合物就是一类重要的能源材料。它们兼具LDH和石墨烯的优异的物理、化学性能,同时克服了LDH导电性差和石墨烯片易于团聚的问题;在超级电容器和电化学催化分解水等方面具有广泛应用。本文综述了LDH与化学修饰石墨烯(氧化石墨烯,还原氧化石墨烯及其衍生物)的有效复合的方法及其在电化学能量存储与转换领域中的应用,特别是关于基于该类材料的超级电容器及电化学析氧反应催化的研究;对LDH/G复合材料研究领域中的挑战和未来发展方向做了展望。

聚苯乙烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

由离子交换法制备4,4′-偶氮二(4-氰基戊酸)根(ACP)单独插层和ACP/对苯乙烯磺酸根(VBS)复合插层的层状双金属氢氧化物(LDH),再通过原位悬浮聚合制得聚苯乙烯(PS)/LDH纳米复合材料,对插层改性LDH和复合材料进行了结构和性能表征.X-射线衍射和元素分析表明ACP可以单独或与VBS一起插入到LDH层间.透射电镜和X-射线衍射分析表明采用ACP/VBS复合插层LDH与苯乙烯原位聚合得到的复合材料中LDH剥离程度高,熔融加工后LDH基本以纳米层板形式分散在PS基体中.LDH的引入可明显提高PS的热稳定性,而熔体流动性下降.

固相剪切碾磨制备聚丙烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的力学性能及热稳定性

采用湿法固相剪切碾磨法(S3M)制备了部分剥离型聚丙烯(PP)/层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米复合材料,研究了PP/LDHs纳米复合材料的力学性能和热稳定性。结果表明,相对于聚丙烯,固相剪切碾磨制备的PP/LDHs纳米复合材料可在拉伸强度保持不变的情况下,明显提高其断裂伸长率和冲击强度。如当LDHs质量分数为3%时,相应纳米复合材料的断裂伸长率和冲击强度分别提高了28.6%和29.8%,明显优于传统熔融共混制备的复合材料。此外,纳米LDHs的加入可显著改善材料的热稳定性。

氧化石墨烯/二氧化铈-镍铝-层状双金属氢氧化物复合材料制备L-半胱氨酸传感器

采用尿素水解法一步制备氧化石墨烯/二氧化铈掺杂的镍铝层状双金属氢氧化物复合材料(graphene oxide/CeO_2-Ni Al-layered double hydroxide composite,GO/CeO_2-Ni Al-LDHs)。采用红外光谱、X-晶体衍射、场发射扫描电子显微镜和电化学技术表征了材料的结构和性能。GO/CeO_2-Ni Al-LDHs为层状结构,具有良好的电化学活性。利用GO/CeO_2-Ni Al-LDHs修饰充蜡石墨电极制备了L-半胱氨酸(Cys)传感器,Cys的氧化峰电流和其在3×10^(-7)~1×10^(-6) mol/L的浓度范围内,呈良好的线性关系,该传感器可用于实际样品中Cys的检测。

层状双金属氢氧化物/高分子纳米复合材料的研究进展

层状双金属氢氧化物(LDH)是一种近年来被广泛关注的阴离子型粘土,它在高分子纳米复合材料(PNC)领域拥有非常广阔的应用前景。已有的研究证实,LDH对聚合物的热稳定性,机械性能,阻燃性能等诸多性能都有影响。目前,制备LDH/PNC的方法主要有4种:溶液插层法,原位聚合法,熔融插层法和模板合成法。以这4种制备方法为基础,介绍了LDH/PNC的制备方法,总结了LDH对聚合物性能的影响,评价了LDH在PNC领域的应用前景。

表面活性剂软模板制备石墨烯/镍-铝层状双氢氧化物复合材料及其超级电容性能

氧化石墨经过微波辐射和高温热裂解处理得到深度还原的石墨烯。超声分散石墨烯于去离子水形成稳定的石墨烯分散液,加入硝酸镍、硝酸铝、尿素和表面活性剂软模板剂Pluronic 123;采用水热法制备石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料;利用扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射和红外光谱对此复合材料进行结构和形貌表征。结果表明表面活性剂的空间限制及调节作用,使之形成超薄的镍铝层状双金属氢氧化物纳米片,且均匀分散在褶皱的石墨烯纳米片上。研究了复合材料作为超级电容器电极的电化学性能。结果表明,复合材料电极的表观多相电子转移常数(k s)为0.727 s-1,明显高于单独的镍铝双金属氢氧化物,因此石墨烯的引入大大改善了材料的电子传导性。在1 A/g的电流密度下,复合材料电极的比电容为1 354.8 F/g。当电流密度增加到10A/g时,循环充-放电1 000次后,比电容仍保持在98.5%以上。在4 kW/kg的功率密度下,其能量密度达到12.96 Wh/kg。所制备的石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料提供了高的比电容、充-放电循环稳定性和能量密度。

电镀废水原位制备Ni(Zn)Cr混合氧化物/磁性石墨烯复合材料及其电催化性能研究

利用聚乙烯亚胺和聚天冬氨酸共价修饰制备了多羧基、多氨基功能化磁性石墨烯(MGA)。再利用3种含有不同浓度重金属的模拟电镀废水制备了NiCr、ZnCr和NiZnCr复合金属氢氧化物(LDH)/磁性石墨烯复合材料,并经煅烧而获得相应的复合金属氧化物(LDO)/磁性石墨烯复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对材料的结构和形貌进行了表征,并通过循环伏安法考察了它们对0.1mol/LNaOH溶液中苯酚或S2.的电催化氧化性能。结果表明:废液中Ni2+、Zn2+和总铬的去除率均在95%以上。制得的Ni(Zn)Cr-LDH具有良好的层状水滑石结构,煅烧后获得的LDO具有优异的电催化能力,其中以NiCr-LDO/MGA表现最佳,对苯酚和S2.的电催化氧化作用最强,氧化电位较低,峰电流较高。

层状自组装方法制备三维石墨烯复合材料

石墨烯因具有制备方法简单、比表面积大以及生物共溶性好等优点,很多研究者将其应用于生物领域。在本工作中,我们以高比表面积的三维石墨烯作为载体,通过尝试不同的方法对其表面进行改性,然后负载银纳米粒子,制备出纳米银/石墨烯复合纳米材料。通过SEM,TEM以及Zeta电位仪进行一系列的表征和跟踪分析,摸索出制备银/石墨烯复合材料的最佳条件。该复合材料在抗菌领域具有广泛的应用前景。

Zn-Al-Zr LDH/氧化石墨烯对水中草甘膦的去除研究

采用氯化锌、六水合氯化铝、八水合氧氯化锆和氧化石墨烯为原料,氢氧化钠和一水合碳酸钠为碱溶液,通过共沉淀法合成Zn-Al-Zr LDH/GO纳米复合材料(LDH/GO)。XRD、SEM、BET和UV-Vis分光光度计,分别用于表征Zn-Al-Zr LDH/GO复合材料的物相组成、微观形貌、孔隙结构和吸附过程。结果表明:GO的掺入可以改善LDH的形貌结构,当温度在303 K,pH=7,投料量为0.5g/L,LDH/GO对草甘膦的吸附容量可达10.707 mg/g;其吸附过程符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型,LDH/GO对草甘膦的去除机理为静电吸引和表面络合;其草甘膦吸附性能优于当前商业磷吸附产品Phoslock。因此,Zn-Al-Zr LDH/GO可作为一种有前景的草甘膦去除剂。

氧化石墨烯-镍铝/层状双金属氢氧化物-碳纤维复合材料的制备及其电吸附去除水中2,6-二氯苯酚

在化学镀镍废水溶液中,通过一种有效回收镍的方法,制备了以硝酸根为层间阴离子的氧化石墨烯-镍铝/层状双金属氢氧化物-碳纤维(GO-NiAl/LDHs-CFs)复合材料。采用傅立叶红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对制备的GO-NiAl/LDHs-CFs的表面形貌及结构进行了表征。将其用于电吸附处理水中2,6-二氯苯酚,考察了2,6-二氯苯酚初始浓度、电位、温度及时间等因素对电吸附效果的影响。结果显示:在0.1mol/L Na2SO4溶液中,1.0mmol/L初始浓度,0.2V电位,25℃,4h吸附时间,2,6-二氯苯酚的饱和吸附量为392.46mg/g。动力学和热力学研究表明,电吸附过程符合伪二阶动力学模型和Langmuir吸附模型,是自发的放热过程。

聚丙烯/水滑石纳米复合材料制备及性能研究

针对聚合物/水滑石(LDH)纳米复合材料传统制备方法中存在的问题,采用球磨改性工艺制备聚丙烯(PP)/LDH纳米复合材料以期改进填充物在基体中的剥离和插层,重点研究了PP/LDH纳米复合材料的结构、力学性能。XRD分析表明,球磨工艺在对LDHs进行有机插层改性的同时实现了PP分子链的插层;所制备的PP/LDHs纳米复合材料其综合力学性能明显优于常规方法制备的复合材料。

聚乙烯醇／层状双金属氢氧化物纳米复合材料的合成与性能研究

本文采用剥离-吸附法成功合成聚乙烯醇／层状双金属氢氧化物（PVA／LDH）纳米复合材料。通过红外光谱（IR）、X光衍射（XRD）等方法对其结构进行表征，证实LDH的结构以及聚乙烯醇插层进入LDH。进一步利用热重分析（TGA）获得PVA／LDH在热稳定性方面的明显改善。

偏氯乙烯共聚物/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

通过硝酸根插层层状双金属氢氧化物(LDH)与可逆加成-断裂链转移(RAFT)试剂S,S'-对(α,α'-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯(CTA)阴离子的离子交换制备CTA阴离子插层LDH,再通过原位RAFT活性自由基聚合制备偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(VDC-MA)共聚物/LDH纳米复合材料.采用傅里叶变换红外光谱、元素分析和X-射线衍射、透射电子显微镜、凝胶渗透色谱仪和热失重仪表征了CTA阴离子插层LDH和纳米复合材料的结构和性能.结果表明,CTA阴离子可以置换硝酸根阴离子插入到LDH层间,LDH层间距由0.89 nm增大到1.50 nm;在原位RAFT聚合过程中,LDH逐渐剥离,LDH以纳米层板形式分散在VDC-MA共聚物基体中;VDC-MA共聚物数均分子量随加入的插层CTA阴离子含量增加而减小,聚合具有活性特征.此外,含量LDH的引入可明显提高VDC-MA共聚物的热稳定性.

聚乳酸基层状纳米复合材料的研究进展

聚乳酸由于其良好的生物降解性、力学性能以及可加工性,具有极大的应用潜力,但是却面临脆性大、耐热温度低、阻燃性能差等缺点。而层状纳米材料是一类具有层状纳米结构,颗粒尺度为纳米或亚微米的纳米材料,具有优异的力学性能、热稳定性能、气体阻隔性能、电性能及化学性能。因此,使用层状纳米材料对聚乳酸进行改性,可以制备出具有优异性能的聚乳酸基纳米复合材料。文中重点综述了聚乳酸基层状硅酸盐、聚乳酸基层状双氢氧化物、聚乳酸基石墨烯及其衍生物3类纳米复合材料最新研究进展。

离子交换法制备LDHs纳米复合材料及其影响因素研究

以层状双金属氢氧化物(LDHs)、氯化镁和氯化铝为原料,通过液相非稳态共沉淀法制备MgAl-Cl-LDHs溶胶,通过离子交换引入己基磺酸钠(SHS),制备SHS-LDHs纳米复合材料,研究了混合溶胶pH值、SHS的初始浓度、碳链长度以及LDHs的浓度对材料性能的影响。研究发现,当混合溶液的pH 7.25,LDHs的浓度不大于0.50%,且SHS的浓度高于20 mmol/L时,CH_3(CH_2)_5SO_3^-才能通过离子交换反应进入LDHs层间,得到SHS-LDHs纳米复合材料。

3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物的制备及超级电容性能

超声分散氧化石墨和聚苯乙烯微球于去离子水形成稳定分散液,加入氨水和水合肼还原氧化石墨得到包覆石墨烯纳米片的聚苯乙烯微球,经6 mol·L-1KOH碱蚀和甲苯洗脱聚苯乙烯制备3D石墨烯.将3D石墨烯超声分散于去离子水,然后分别以硝酸镍、硝酸铝和尿素为镍源、铝源和碱源化合物水热合成3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料.采用红外、拉曼、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒电流充-放电测试对材料的结构、形貌及电化学性质进行研究.结果表明,氧化石墨被还原形成有微孔结构的3D石墨烯.镍铝双金属氢氧化物纳米片均匀分散在3D石墨烯孔壁.在1 A·g-1的电流密度下,复合材料电极的比电容为1054.8 F·g-1.当电流密度增加到8 A·g-1时,比电容为628.1 F·g-1.循环充-放电1000次后,比电容仍保持在97%以上,呈示该复合材料具有优异的电化学性能.

基于LDH的核壳结构纳米复合材料的研究进展

层状双金属氢氧化物(LDH)是一类具有层状结构的新型功能材料,近年来基于LDH的核壳结构纳米复合材料由于具有组成结构多样化、组分间呈现协同效应、性能容易调控等特点,其制备与应用研究引起了广泛关注。本文首先综述了最近几年基于LDH的核壳结构纳米复合材料的常用制备方法,主要包括共沉淀法、自组装法和原位生长法,并对这些方法的优缺点进行了分析;然后又讨论了基于LDH的核壳结构纳米复合材料的应用现状,着重阐述了该类材料在吸附、催化、超级电容器和生物医学等方面的应用情况;最后也对该领域存在的问题及其发展趋势进行了总结讨论。

可提高气密性的创新纳米复合材料

本研究的目标是研发具有超高防气体和液体渗透性的薄层橡胶基纳米复合材料。采用层状硅酸盐或石墨烯的小片状填充剂具有高的防渗透性。用密炼机以配合胶乳法或熔融混炼法制备了这些纳米复合材料。用配合胶乳法制备了辅助丁基胶乳(溶液聚合物)。用配合胶乳法制备的层状硅酸盐填充丁基橡胶复合材料具有许多优点,例如理想的防甲苯扩散系数和良好的物理性能。